LA REACCIÓN QUÍMICA Tema 6

Transcripción

1 LA REACCIÓN QUÍMICA Tema 6 REACCIONES QUÍMICAS Transformaciones físicas y químicas Reacción química Teoría de las reacciones químicas Energía de las reacciones químicas Velocidad de las reacciones químicas Cálculos estequiométricos en las reacciones químicas 1

2 Procesos Físicos y Químicos En la naturaleza se producen gran variedad de cambios, como la dilatación de un metal, los cambios de estado del agua, la oxidación de algunos metales, el movimiento de los coches,... Procesos o cambios físicos Las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias. Procesos o cambios químicos. Reacciones químicas Las sustancias cambian su naturaleza, se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes. El balón de fútbol en movimiento La mantequilla, al derretirse, sigue siendo un balón. sigue siendo mantequilla. La herrumbre que se forma en la viga es una sustancia distinta al hierro. En la fotosíntesis, las plantas producen oxígeno y nutrientes a partir de dióxido de carbono y agua. La botella rota sigue siendo de vidrio. La ceniza que se crea en la hoguera es una sustancia distinta a la madera. Reacciones Químicas Las reacciones químicas son cambios químicos, en ellas unas sustancias desaparecen y se transforman en otras distintas. Por ejemplo, al arder metano (CH 4 ) con oxígeno (O 2 ) se forma dióxido de carbono (CO 2 ) y agua (H 2 O), sustancias distintas a las anteriores. A los componentes que entran en reacción se les llama reactivos y a los obtenidos productos. 2

3 Cambios químicos: REACCIÓN QUÍMICA. Según la teoría cinético-molecular una reacción química consiste en las roturas de las moléculas de las sustancias iniciales, reordenándose los átomos de forma diferente. En la reacción química se produce siempre una transformación energética. EXPLICACIÓN CINÉTICO MOLECULAR DE LA REACCIÓN QUÍMICA. TEORÍA DE LAS COLISIONES TEORÍA DEL ESTADO DE TRANSICIÓN 3

4 Teoría de las colisiones Para que se produzca la reacción química es necesario que las moléculas choquen. Pero puede ocurrir que dos moléculas choquen entre sí y no se produzca reacción alguna, entonces se dice que el choque no es eficaz o efectivo. Para que un choque entre moléculas sea eficaz o efectivo es necesario que cumpla dos condiciones: Que las moléculas tengan energía cinética suficiente para romper o debilitar adecuadamente sus enlaces Que las moléculas al chocar lo hagan con la orientación adecuada para que se puedan romper los enlaces moleculares. Cuando se cumplen estas condiciones se verifica la reacción entre las moléculas. Teoría de las colisiones Choque eficaz. Las moléculas chocan con la orientación adecuada Choque no eficaz. Las moléculas, al chocar, no tienen la orientación adecuada 4

5 Teoría de las colisiones Teoría del estado de transición Las reacciones químicas pasan por un estado de transición de máxima energía, denominado complejo activado (complejo de transición) que es un agregado constituido por las moléculas reaccionantes y en el que algunos de los enlaces primitivos se han relajado (o incluso roto) y se han empezado a formar nuevos enlaces. Es un estado intermedio, de transición, en una reacción química que posee gran energía, tiene acumulada toda la energía cinética de las moléculas reaccionantes y por ello es muy inestable y se descompone inmediatamente originando los productos de reacción. 5

6 Teoría del estado de transición Ejemplo: Formación de cloruro de hidrógeno Teoría del estado de transición Ejemplo: CO + NO 2 CO 2 + NO 6

7 Teoría del estado de transición Teoría de las colisiones 7

8 Energía en las Reacciones Químicas En las reacciones químicas se producen transformaciones de energía, además de materia. En todas las reacciones químicas se produce una rotura y formación de enlaces. Atendiendo al intercambio de energía en forma de calor con el exterior, las reacciones se clasifican en: Exotérmicas: desprenden energía en forma de calor. Ejemplo: Combustión de metano CH O 2 CO 2 +2 H 2 O kj Endotérmicas: absorben energía en forma de calor. Ejemplo: Descomposición de óxido de mercurio 2 HgO kj 2 Hg + O 2 Energía en las Reacciones Químicas Reacción exotérmica: Desprende calor Reacción endotérmica: Absorbe calor 8

9 Velocidad de las Reacciones Químicas La velocidad de una reacción es la rapidez con que los reactivos se transforman en productos. No todas las reacciones transcurren con la misma velocidad. Algunas reacciones químicas se producen de forma casi instantánea y otras trascurren lentamente. Por ejemplo, las explosiones y detonaciones son tan rápidas que resulta muy difícil medir su velocidad, sin embargo, el cemento necesita varios días para fraguar, es decir, para endurecer, es una reacción lenta. FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN. VELOCIDAD DE REACCIÓN Naturaleza de los reactivos Temperatura del sistema Concentración de los reactivos Presencia de catalizadores 18 9

10 Los factores que determinan la velocidad de reacción son: La naturaleza de los reactivos: determina cuál será la energía de activación de cada reacción. Oxidación del sodio Oxidación del hierro Los factores que determinan la velocidad de reacción son: La concentración de los reactivos: la velocidad de una reacción aumenta con la concentración de los reactivos ya que aumenta el número de choques. 10

11 Los factores que determinan la velocidad de reacción son: El estado físico de los reactivos: las reacciones entre gases y entre sustancias en disolución serán las más rápidas, pues las partículas se muevan con mayor libertad y velocidad, produciéndose un mayor número de colisiones entre ellas. Las reacciones de los sólidos con líquidos o gases no son generalmente muy rápidas, pero si el sólido está triturado o pulverizado, aumenta la velocidad de reacción, porque al aumentar la superficie de contacto entre del sólido con el líquido o el gas, también aumenta el número de choques. Los factores que determinan la velocidad de reacción son: La temperatura: la velocidad de reacción aumenta con la temperatura. Al aumentar temperatura, aumenta la energía cinética de las partículas (aumenta la velocidad con que se mueven), con lo que la probabilidad de que se produzcan choques eficaces es mayor. Los catalizadores: son sustancias distintas de los reactivos y productos que modifican la velocidad de una reacción, recuperándose íntegramente cuando la reacción finaliza. Los catalizadores hacen que la reacción transcurra por un camino diferente en que la energía de activación sea otra. Pueden disminuir la energía de activación, entonces la velocidad de la reacción aumenta, se llaman catalizadores positivos; o pueden aumentar la energía de activación, entonces la velocidad de la reacción disminuye, se llaman catalizadores negativos. Pág. 156: ejercicio 27 y 28 11

12 Cálculos estequiométricos en las reacciones químicas Los cambios químicos se representan en base a la reacción química: REACTIVOS INICIALES PRODUCTOS FINALES PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DELA MASA. Debido a los estudios de Lavoisier. Que estableció dicho principio en el año En un sistema aislado,en el que no entra ni sale materia,la masa de las sustancias iniciales es idéntica a la masa de las sustancias finales,aunque dichas sustancias sean diferentes. m reactivos = m productos. 12

13 PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DELA MASA. Ahora bien, el número de átomos de cada elemento en los reactivos debe ser igual al que existe en los productos Esto nos obliga a realizar un ajuste de la ecuación química para que el número de átomos de cada elemento en los reactivos sea igual al que existe en los productos. Ajuste de reacciones. Ej. Formación del agua. A los números que hemos añadido para ajustar la ecuación se les llama coeficientes estequiométricos. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O nº de átomos en la molécula. coeficiente estequiométrico(nº de moléculas) las ecuaciones químicas son las representaciones simbólicas de las reacciones reales. En ellas, el número de átomos de cada elemento es el mismo en las sustancias iniciales y en las finales. 13

14 Ejemplo:Combustión de la gasolina. En qué se transforma la gasolina una vez es consumida?. Cuáles son los reactivos y los productos de dicha combustión?. La masa de dichos productos?, Es igual a la masa de los reactivos?. Reacción de COMBUSTIÓN En la reacción de combustión, el combustible y el oxígeno desaparecen apareciendo otras sustancias nuevas como las que forman la cenizas (si quedan),humos y gases invisibles. Combustible(C,H,O) +O 2 CO 2 +H 2 O 14

15 Como ajustar una reacción de combustión? C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 1º.-Ajustamos los átomos de carbono. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de dióxido de carbono, para ajustar estos. C 2 H 6 + O 2 2CO 2 + H 2 O Como ajustar una reacción de combustión? 2º.-Ajustamos los átomos de hidrógeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de agua, para ajustar estos. C 2 H 6 + O 2 2CO 2 +3 H 2 O 15

16 Como ajustar una reacción de combustión? 3º.-Ajustamos los átomos de oxigeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de oxígeno, para ajustar estos. C 2 H 6 + 7/2 O 2 2CO 2 +3 H 2 O!!ojo!!.Frecuentemente aparecen coeficientes fraccionarios. Ajuste y representación de la reacción C 2 H 6 + 7/2 O 2 2CO 2 +3 H 2 O Para poder representarla,eliminamos el coeficiente fraccionario, multiplicando por dos la ecuación: 2 C 2 H O 2 4CO 2 +6 H 2 O 16

17 Ejemplo resuelto 1, pág. 138 Pág. 139: ejercicio 2 Pág. 156: ejercicio 31, 32 (sólo ajustar), 33 (sólo ajustar). Para resolver los problemas de estequiometría Lectura cuadro pág. 140 Ejercicios: Repaso de algunos conceptos: % riqueza: Página 139 ejemplo resuelto 2 y 3. Concentración de una disolución: Página 140 ejemplo resuelto 4. Leyes de los gases: Página 140 ejemplo resuelto 5 17

18 PROBLEMAS DE ESTEQUIOMETRÍA Página 140: ejemplo resuelto 6 Página 153: 11, 12 Página 140: problemas 3-5 Página 141: ejemplo resuelto 7, problemas 6 y 7. Página 142: ejemplo resuelto 8, problemas Página 143: ejemplo resuelto 9, problemas 11 y 12. Página : Página 157: