REACCIONES QUÍMICAS
REACCIONES QUÍMICAS
Una reacción química, cambio químico o fenómeno químico, es todo proceso termodinámico en el cual una o más sustancias, por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos.
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Reacciones de Combinación:
O de Síntesis,son aquellas en donde, dos o más sustancias reaccionan para formar un producto. Existen numerosos ejemplos de tales reacciones, en especial aquellas en las que diferentes elementos se combinan para formar compuestos. Por ejemplo, el metal magnesio arde en el aire con un brillo deslumbrante para producir óxido de magnesio, como puede verse a continuación:
2Mg(s) + O2(g) ---> 2MgO(s)
Reacciones de Descomposición:
O de Análisis, es un proceso que experimentan algunos compuestos químicos en el que, de modo espontáneo o provocado por algún agente externo, a partir de una sustancia compuesta se originan dos o más sustancias de estructura química más simple. Es el proceso opuesto a la síntesis química.
La ecuación química generalizada de una descomposición química es:
AB → A + B , o bien, Reactivo → A + B + … Un ejemplo específico es la electrolisis de agua que origina hidrógeno y oxígeno, ambos en estado gaseoso:
2 H2O ( l) → 2 H2 (g) + O2 (g)
Reacciones de Sustitución Simple:
Cuando una reacción implica un elemento que desplaza a otro en un compuesto, se llama reacción de sustitución simple o reacción de reposición simple. También se utiliza el nombre de "reacción de desplazamiento". Por ejemplo, una tira de cobre sumergida en una solución de nitrato de plata desplazará átomos de plata, produciendo nitrato de cobre y precipitación de cristales del metal plata.
Cu(s) + 2AgNO3(aq) -> 2 Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)
Si el metal zinc se sumerge en un ácido, desplazará al hidrógeno del ácido.
ZN(s) + 2HCl(aq) -> 2 H2(g) + ZnCl2(aq)
Generalmente, los metales activos, desplazarán el hidrógeno de los ácidos.
Reacciones de Sustitución Doble:
Cuando en una reacción aparece un intercambio de parte de los reactivos, la reacción se conoce como reacción de doble sustitución o reacción de doble reposición. Otro nombre utilizado para este tipo de reacciones es el de "reacciones de metátesis". Cuando los reactivos son compuestos iónicos en solución, los aniones y cationes de los compuestos se intercambian. Probablemente la más famosa de este tipo de reacciones entre los profesores de química sea la reacción entre el nitrato de plomo y el yoduro de potasio:
2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) -> 2KNO3(aq) + PbI(s)
Ambos reactivos forman soluciones incoloras, pero el producto yoduro de plomo, es un sólido de espectacular color amarillo que se precipita de la solución.
Reacciones Exotérmicas:
Es aquella reacción donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de los productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de los reaccionantes (ER). En las reacciones químicas exotérmicas se desprende calor, el DH es negativo y significa que la energía de los productos es menor que la energía de los reactivos, por ejemplo en las reacciones de combustión.
Reacciones Endotérmicas:
Son aquellas que absorben energía en forma de calor. Una vez que la energía total se conserva del primer para el segundo miembro de cualquier reacción química, si una reacción es endotérmica, la entalpía de los productos Hp es mayor que la entalpía de los reactivos Hr , pues una determinada cantidad de energía fue absorbida por los reactivos en forma de calor, durante la reacción, quedando contenida en los productos. Siendo que en la reacción endotérmica: Hp > Hr.
Y siendo DH = Hp — Hr , entonces en la reacción endotérmica el valor de ΔH será siempre positivo. Siendo que en la reacción endotérmica: ΔH > 0.
Reacciones Reversibles:
Es aquella donde la reacción ocurre en ambos sentidos (↔). Generalmente se lleva a cabo en un sistema cerrado, entonces los productos que se forman interactúan entre si para reaccionar en sentido inverso (←) y regenerar los productos. Luego de cierto tiempo, la velocidad de reacción directa (→) e inversa (←) se igualan, estableciéndose entonces el equilibrio químico.
CaCO3(s) ↔ CaO(s) + CO2(g)
N2(g) + 3H2(s) ↔ 2NH3(g)
H2(g) + I2(s) ↔ 2HI(g)
Reacciones Irreversibles:
Ocurren en un solo sentido (→) hasta que la reacción sea completa, es decir hasta que se agote uno o todos los reactantes. Generalmente ocurren cuando se forman precipitados, se liberan gases en recipientes abiertos o se forman productos muy estables que no reaccionan para formar las sustancias iniciales o reactantes.
Por ejemplo, la siguiente reacción de descomposición térmica es irreversible se se lleva a cabo en un recipiente abierto , debido a que el CO2 gaseoso conforme se va formando escapa del reactor químico, por lo tanto no logra reaccionar con el óxido de calcio sólido, por lo que la reacción inversa (←) no prospera.
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Reacciones de Combustión:
La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.
Las reacciones químicas que se utilizan en el estudio de las combustiones técnicas tanto si se emplea aire u oxigeno, son muy sencillas y las principales son:
C + O2 → CO2
CO + 1⁄2 O2 → CO2
Reacciones de Neutralización:
Las reacciones de neutralización, son las reacciones entre un ácido y una base, con el fin de determinar la concentración de las distintas sustancias en la disolución.
Tienen lugar cuando un ácido reacciona totalmente con una base, produciendo sal y agua. Sólo hay un único caso donde no se forma agua en la reacción, se trata de la combinación de óxido de un no metal, con un óxido de un metal.
Ácido + base → sal + agua
Por ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H2O
MÉTODOS DE IGUALACIÓN O BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS
MÉTODO DEL TANTEO:
Una vez planteada la reacción se empieza a balancearla seleccionando un elemento que aparezca solo una vez en los reactivos y una vez en los productos.
Ejemplo
K + H2 O → KOH + H2
Se observa que el potasio y el oxígeno están en un solo reactivo y producto pero ya se hallan balanceados por lo que se debe balancear el hidrógeno.
K + H2 O → KOH +1 /2 H2
Hay 2 átomos de hidrógeno en los reactivos y 3 en los productos por lo que puede balancearse colocando ½ de hidrógeno en los productos
Para no trabajar con números fraccionarios se multiplican reactivos y productos por 2-
2 K + 2 H2 O → 2 KOH + H2
MÉTODO MATEMÁTICO O ALGEBRAICO:
Este método es un proceso matemático que consistente en asignar literales a cada una de las especies , crear ecuaciones en función de los átomos y al resolver las ecuaciones, determinar el valor de los coeficientes. Ecuación a balancear:
FeS + O2 ® Fe2O3 + SO2
Los pasos a seguir son los siguientes:
Escribir una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación:
2. Escribir los elementos y para cada uno de ellos establecer cuántos hay en reactivos y en productos, con respecto a la variable. Por ejemplo hay un Fe en reactivos y dos en productos, pero en función de las literales donde se localizan las especies (A y C) se establece la ecuación A = 2C .
El símbolo produce (® ) equivale al signo igual a (=).
Fe A = 2C
S A = D
O 2B = 3C + 2D
MÉTODO REDOX:
Se describe el método de balanceo de ecuaciones químicas por oxidación y reducción.
Describiremos el método de balanceo de una ecuación química por el método Redox. Recordemos que el balanceo de una ecuación química no es más que hacer cumplir que el número de de átomos en un lado de la ecuación sea igual al número de átomos del otro lado. Como ejemplo tenemos el caso de la oxidación del hierro con oxigeno para producir ácido férrico, estos es: Fe+O2→Fe2O3. Como se puede observar hay más átomos de hierro a un lado de la ecuación que en el otro lado, así que debe ser balanceada. Para balancear esta ecuación por el método Redox, se deben tener en cuenta las siguientes definiciones: una sustancia se oxida cuando pierde electrones y se reduce cuando gana electrones, así que el balance dependerá del número de oxidación de cada uno de los elementos o compuestos.
Las sustancias que se encuentran puras tienen un estado de oxidación igual a cero, los números de oxidación de las demás sustancias dependerán de su distribución electrónica. Hay valores típicos de número de oxidación para elementos como el hidrógeno y el oxigeno cuando están en una molécula, por lo general son +1 y -2 respectivamente. El método consiste en que se debe buscar que se cumpla la siguiente condición: el número de oxidación tanto a la izquierda como a la derecha de la ecuación debe ser cero. Aplicando este método la ecuación balanceada queda de la siguiente manera: 4Fe+3O2→2Fe2O3
ESTEQUIOMETRÍA
La estequiometria es el área de la química que estudia la relación entre las moléculas de reactantes y productos dentro de una reacción química.
Como sabemos, para que se forme un compuesto debe haber una separación, combinación o reordenamiento de los elementos, lo que se puede ilustrar por medio de una reacción, la cual representa el proceso que ocurrió para que un determinado reactante llegara a ser un producto.
Reactantes →Productos
Ley de las proporciones definidas:
La ley de las proporciones definidas o la Ley de Proust enuncia:
Cuando se combinan dos o más elementos para dar un compuesto determinado, siempre lo hacen en la misma proporción fija, con independencia de su estado físico y de la manera de obtenerlo.
Consecuencias de la ley de Proust:
1º La constitución, por ejemplo, del cloruro sódico indica que para formar 5 g de cloruro sódico, se necesitan 3 g de cloro y 2 g de sodio, por lo que la proporción entre las masas de ambos elementos es:
2º Sin embargo, si hacemos reaccionar ahora 10 g de cloro con otros 10 g de sodio, no obtendremos 20 g de cloruro sódico, sino una cantidad menor, debido a que la relación de combinación entre ambas masas siempre es 1,5 por lo que:
3º Si ahora quisiéramos hallar la proporción entre los átomos que se combinan de cloro y sodio para formar cloruro sódico, deberíamos dividir la cantidad de cada elemento entre su masa atómica, de forma que si reaccionan 6 g de Cl con 4 g de Na, como 35,5 g/mol y 23 g/mol son las masas atómicas del cloro y sodio, respectivamente, entonces:
Lo que indica que por cada 0,17 moles de cloro reaccionan otros 0,17 moles de sodio para formar el cloruro sódico, o cualquier múltiplo o submúltiplo de esa reacción. Por tanto, 1 átomo de cloro también se combina con 1 átomo de sodio para formar cloruro sódico, luego la fórmula de éste compuesto es NaCl y la proporción entre sus átomos es 1:1.
REACTIVO LIMITANTE Y REACTIVO EN EXCESO
El reactivo limitante es aquel que limita la reacción. Es decir: una vez que este reactivo se acaba, termina la reacción. El reactivo que sobra se llama reactivo excedente. Por lo tanto, la cantidad de producto que se forme depende de la cantidad de reactivo limitante. Este depende de la reacción y es distinto para cada una de ellas.
Por ejemplo: Si debemos hacer sándwich de queso, y para ello disponemos de siete panes y sólo cinco láminas de queso, ¿cuántos sándwiches podré hacer? Sólo podré hacer cinco sándwiches, y por tanto las láminas de queso serán el reactivo limitante de este proceso, mientras que el pan será el reactivo excedente.
