Tema 4. Reactividad química. 1) Conservación de la masa. 2) Concepto de mol. 3) Ecuaciones químicas y su ajuste. 4) Cálculos de masa en reacciones químicas sencillas. 5) Calor de reacción. 6) Velocidad de las reacciones químicas. 1) Conservación de la masa. Hemos visto que en los cambios químicos se produce la rotura y formación de enlaces entre los átomos, pero el número y tipo de átomos no varía (sistema aislado). Si los átomos son los mismos (sólo ha cambiado su forma de unirse), tendrán la misma masa los reactivos (suma de las masas de todos los reactivos) que los productos (suma de las masas de todos los productos). Este fenómeno es conocido como ley de conservación de la masa de Lavoisier o primera ley ponderal, en honor a su descubridor. Ley de conservación de la masa (sistema aislado) masa reactivos = masa productos 1
2) Concepto de mol. El número 6,02*10 23 es muy importante en química. Recibe el nombre de Número o Constante de Avogadro (NA). Se define mol como la cantidad de sustancia que contiene 6,02 *10 23 unidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc) La masa de un mol en gramos es igual al valor de la masa atómica o molecular. Ejemplos resueltos: 2
3) Ecuaciones químicas y su ajuste. Pasos a seguir: 1. Asigna una letra a cada coeficiente estequiométrico. Conviene asignarlas por orden alfabético de izquierda a derecha. 2. Cogemos el primer elemento de la izquierda y planteamos la ecuación que representa el balance de átomos de dicho elemento: número de átomos del elemento en la izquierda = número de átomos del elemento en la derecha 3. Continuando por la izquierda de la reacción química, planteamos otra ecuación para el siguiente elemento diferente. De esta forma tendremos el balance de átomos de todos los elementos diferentes que existen en la reacción química. 4. Siempre tendremos una ecuación menos que incógnitas. En algún caso podríamos obtener más ecuaciones pero si nos fijamos bien veremos que algunas son equivalentes. 5. Asignamos el valor 1, 2, 3, según convenga, a la letra (incógnita) que queramos. Normalmente a la a. 6. Resolvemos el resto de las ecuaciones. 7. Si en los resultados tenemos decimales o fracciones, debemos multiplicar todas las incógnitas por un mismo número de tal forma que desaparezcan los decimales o las fracciones. 3
Ejemplo: 4
4) Cálculos de masa en reacciones químicas sencillas. 5
5) Calor de reacción. En un sistema termodinámico cerrado en el que tiene lugar una reacción química se produce una rotura de enlaces y formación de otros, por lo que habrá una variación de la energía interna del sistema. Se denomina calor de reacción a la cantidad de energía calorífica que el sistema ha de ceder o absorber para que la temperatura permanezca constante durante todo el proceso de la reacción química Una reacción exotérmica es cualquier reacción química que desprende energía. La reacción que se opone a la exotérmica es la reacción endotérmica en la cual, por el contrario, se trata de de una reacción química que absorbe energía. 6) Velocidad de las reacciones químicas. La velocidad de reacción se define como la cantidad de sustancia que reacciona por unidad de tiempo. Por ejemplo, la oxidación del hierro bajo condiciones atmosféricas es una reacción lenta que puede tomar muchos años,[pero la combustión del butano en un fuego es una reacción que sucede en fracciones de segundo. Se define la velocidad de una reacción química como la cantidad de sustancia formada (si tomamos como referencia un producto) o transformada (si tomamos como referencia un reactivo) por unidad de tiempo. La velocidad de reacción no es constante. Al principio, cuando la concentración de reactivos es mayor, también es mayor la probabilidad de que se den choques entre las moléculas de reactivo, y la velocidad es 6
mayor. a medida que la reacción avanza, al ir disminuyendo la concentración de los reactivos, disminuye la probabilidad de choques y con ella la velocidad de la reacción. La medida de la velocidad de reacción implica la medida de la concentración de uno de los reactivos o productos a lo largo del tiempo, esto es, para medir la velocidad de una reacción necesitamos medir, bien la cantidad de reactivo que desaparece por unidad de tiempo, bien la cantidad de producto que aparece por unidad de tiempo. La velocidad de reacción se mide en unidades de concentración/tiempo, esto es, en moles. Los factores que afectan la velocidad de las reacciones químicas son: La naturaleza de las sustancias que reaccionan. La temperatura Grado de pulverización de los reactivos. Concentración de los reactivos. Los catalizadores 7