REACTIVIDAD QUÍMICA
REACTIVIDAD DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS Reacción química emisión o absorción de energía (calor) Reacciones endotérmicas vs. Reacciones exotérmicas Experimento reacción endotérmica con nitrato amónico Experimento reacción exotérmica con NaOH Riesgo velocidad de reacción elevada Parámetros termodinámicos permiten expresar y relacionar cuantitativamente diversos aspectos de la energía asociada a las reacciones químicas Reactividad química capacidad o facilidad de una sustancia química para reaccionar químicamente con otras sustancias en condiciones ambientales normales (ácido-base, oxidaciónreducción)
FACTORES FISICOQUÍMICOS QUE AFECTAN A LAS REACCIONES QUÍMICAS Estabilidad compuestos resistencia de sus enlaces Los átomos susceptibles de transformarse en iones dan lugar a reacciones muchas veces violentas (sodio o fluor con agua) ENERGÍA DE ACTIVACIÓN cantidad mínima de energía capaz de iniciar una reacción (experimentos con lana de acero y gasolina) DESARROLLO DE LAS REACCIONES QUÍMICAS Una reacción química tiene lugar a través de una serie de etapas intermedias con formación de especies química de vida muy corta (10-10 s). CATALIZADORES hacen más rápido el desarrollo de la reacción y disminuyen la energía de activación
INHIBIDORES evitan el desarrollo de una reacción o la ralentizan REACTIVOS SÓLIDOS reactividad controlada por el estado de división Experimento con Cu en diferentes estados de molienda TEMPERATURA papel fundamental en la velocidad de las reacciones. K=Ae -E/RT. 10ºC aumentan 2-3 veces la velocidad CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS: la velocidad de una reacción está también en función de las concentraciones o presiones parciales de los reactivos, aumentando al hacerlo éstas Experimento peligrosidad por dilución con sulfurico ENERGÍAS ELECTROMAGNÉTICAS: en función de su longitud de onda, pueden excitar los electrones y modificar el estado de una molécula GOLPES Y ROZADURAS: provocan la compresión de los átomos y aumentos de temperatura que pueden iniciar de forma violenta una reacción. En este sentido, las substancias cristalizadas son, en general, más sensibles que en solución.
PREVISIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS La previsión de las reacciones químicas es una tarea difícil por la cantidad de parámetros que se ponen en juego Ciertas sustancias pueden sufrir una combustión completa o parcial incluso en ausencia de aire Balance de oxígeno estimación del oxígeno en una molécula CxHyOzNpXq B 0 = z-2x-0.5(y-q) Si B 0 <0 hay defecto de oxígeno y combustión incompleta, si B 0 0 la combustión puede ser completa. Una sustancia con B 0 0 no puede ser apagada con medios de extinción que solamente impidan la presencia de oxígeno
A pesar de la reputación del TNT como buen explosivo necesita un oxidante externo para reaccionar El ácido fórmico sin embargo tiene todo el oxígeno que necesita para su combustión
Examen de los grupos químicos de las moléculas: cuando se conoce la fórmula química de un compuesto, el examen de los grupos químicos que lo constituyen puede dar una idea bastante aproximada de su reactividad
REACCIONES QUÍMICAS PELIGROSAS
Reacciones potencialmente peligrosas 1. Reacciones con el agua 2. Reacciones con el aire 3. Reacciones entre sustancias incompatibles 4. Reacciones con los ácidos 5. Formación de peróxidos 6. Reacciones de polimerización 7. Reacciones de descomposición
REACCIONES VIOLENTAS CON EL AGUA Los elementos metálicos alcalinos del grupo 1 de la Tabla Periódica son todos ellos sólidos que en contacto con el agua provocan la rápida descomposición de ésta para combinarse vigorosamente con el anión (OH) -creando los correspondientes hidróxidos estables y liberando hidrógeno. EXPERIMENTO El calor de reacción en el caso del sodio es suficiente para inflamar el hidrógeno. 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2
REACIONES VIOLENTAS CON EL AIRE El fósforo blanco es un sólido cereo blanco o amarillo de olor similar al ajo. No ocurre naturalmente, pero es manufacturado de rocas de fósforo. El fósforo blanco reacciona rápidamente con oxígeno, encendiéndose fácilmente a temperaturas de 10 a 15 grados a temperatura ambiente
Reacciones entre sustancias incompatibles El caso más importante es el de las sustancias que tienen elevada afinidad y cuya mezcla provoca reacciones violentas tanto por calentamiento, como por emisión de gases inflamables o tóxicos :
Reacciones con los ácidos La adición de ácidos a efectos de reducir el ph de un medio o simplemente para limpieza, debe realizarse conociendo previamente si existe incompatibilidad entre los componentes del medio y el ácido adicionado EXPERIMENTO con HCl y CO3Ca
FORMACIÓN DE PERÓXIDOS Sustancias orgánicas que contienen la estructura bivalente -O-O- y pueden considerarse derivados del peróxido de hidrógeno, en el que uno o ambos átomos de hidrógeno han sido sustituidos por radicales orgánicos son sustancias térmicamente inestables que pueden sufrir una descomposición exotérmica autoacelerada i.ser susceptibles de experimentar una descomposición explosiva ii. arder rápidamente iii. ser sensibles a los choques o a la fricción iv. reaccionar peligrosamente con otras sustancias v. ser tóxicos, oxidantes y corrosivos Están disponibles como sólidos (usualmente polvos finos), líquidos o pastas. Algunos materiales, como agua, bebidas minerales incoloras, y algunos ésteres, eftalatos, no reaccionan con peróxidos orgánicos y se usan a menudo para diluirlos Las mezclas diluidas o formulaciones tienen menos probabilidad de explotar cuando se exponen al calor o a golpe físico que el peróxido orgánico no diluido
Es el oxigeno doble del grupo "peróxido" que hace a los peróxidos orgánicos útiles y peligrosos El grupo peróxido es químicamente inestable. Fácilmente se puede descomponer, liberando calor en una proporción que aumenta según aumenta la temperatura Muchos peróxidos orgánicos liberan vapores inflamables cuando se descomponen
Algunos compuestos orgánicos e inorgánicos son capaces de reaccionar con oxígeno atmosférico para formar peróxidos potencialmente explosivos. La luz y el calor aceleran esta formación. Las sustancias que han sufrido la peroxidación son sensibles al golpe mecánico o térmico y pueden reaccionar violentamente (explosión). CUIDADO CON LAS ROSCAS DE LOS BOTES!!!!!! Generalizando, las clases de químicos que pueden formar peróxidos incluyen aldehídos, éteres y numerosos compuestos de hidrocarburos no saturados (hidrocarburos que tienen enlaces dobles o triples). En este grupo se incluyen los compuestos de vinilo acetileno, hidrocarburos cíclicos no saturados como tetrahidronaftalenos o diciclopentadienos
EXPERIMENTO Zn (50g) + peroxido de Na (15g) El Peróxido de Sodio reacciona con el agua en una reacción exotérmica: Na2O2 + 2 H2O ----> 2 NaOH + H2O2 El Peroxido de Hidrógeno producido se descompone en agua y en Oxígeno bajo la influencia catalizadora del Hidróxido de Sodio en una reacción que es igualmente exotérmica. La alta temperatura producida entonces sirve para encender la mezcla de reactivos (Zinc y Peróxido de Sodio) Na2O2 + Zn -----> ZnO + Na2O
Reacciones de polimerización Algunos monómeros pueden polimerizarse rápidamente provocando una explosión o rotura de los frascos La polimerización puede tener lugar por calentamiento, exposición a la luz, impurezas ácidas o metálicas, choques, etc. El almacenamiento de monómeros debe realizarse en pequeñas cantidades, conteniendo estabilizadores o inhibidores de polimerización y lejos de productos susceptibles de liberar trazas de ácidos y bases acetato de vinilo, acroleína, acrilonitrilo, 1,3-butadieno, óxido de etileno, estireno
Reacciones de descomposición El almacenamiento prolongado de productos inestables entraña la posibilidad de su descomposición que, en ciertas circunstancias, como choque, calentamiento o desplazamiento simple, puede generar una explosión El cloruro de aluminio acumula el ácido formado por descomposición a causa de la humedad absorbida a lo largo del tiempo. Cuando se abre el recipiente, puede ocurrir la rotura del mismo y la proyección de su contenido. La apertura de un recipiente que ha permanecido largo tiempo cerrado sin usarse es una operación que debe realizarse con precauciones, especialmente, la apertura de frascos esmerilados cuyo tapón haya quedado trabado. Los productos líquidos inestables es recomendable guardarlos en ampollas selladas. CuCO3 CuO + CO2
Las reacciones más peligrosas son las fuertemente exotérmicas La generación de calor tiene un importante efecto de feedback aumentando la velocidad de reacción (ley de Arrhenius) y de esta manera produciéndose más calor en menos tiempo Dada la dificultad en predecir con exactitud el comportamiento de un sistema se realizan pruebas experimentales mediante calorímetros que permiten conocer la variación de la actividad exotérmica con la temperatura
Para valorar la probabilidad de pérdida de control de una reacción exotérmica hay que tener en cuenta como factores básicos: La temperatura inicial El potencial energético del sistema, es decir, la cantidad de calor que liberarían las reacciones químicas que se consideran posibles. Otras fuentes de calor que puedan generarse La cinética de la reacción, que determina la velocidad de liberación del potencial energético del sistema. La capacidad de eliminación de calor del sistema, bien sea por intercambio de calor con el exterior o por ebullición de la mezcla de reacción