UNIDAD V Reacciones Químicas

 

REACCIONES QUIMICAS 

La materia puede sufrir cambios mediante diversos procesos. No obstante, todos esos cambios se pueden agrupar en dos tipos: cambios físicos y cambios químicos.

Cambios físicos. Cuando se produce, la materia sigue siendo la misma, por ejmplo, cuando el agua pasa de estado sólido a líquido, el agua sigue siendo la misma. Cambia su aspecto, pero sigue siendo agua.

Cambios químicos. Cuando ocurren, la materia se transformaen otra, es decir, el cambio da lugar a una sustancia diferente. Por ejemplo, el papel al quemarse se transforma en ceniza, deja de ser papel.

CAMBIOS FISICOS 

Algunos ejemplos son:

• El movimiento. Es el cambio de lugar o de posición de un cuerpo. Aunque un cuerpo se mueva, su materia no cambia.

• La dilatación. Aumento de tamaño de un cuerpo cuando se eleva su temperatura.

• La contracción. Disminución de tamaño cuando disminuye su temperatura.

• La fragmentación. División de un cuerpo en trozos. Por ejemplo, la rotura de un vaso en trozos.

• Los cambios de estado. Se producen cuando varia la temperatura o la presión. Por ejemplo, el agua pasa de líquida a vapor de agua.

CAMBIOS QUIMICOS 

Existen multitud de cambios químicos.

La oxidación. Se produce cuando una sustancia se transforma en otra por la acción del oxígeno presente en el aire.

La combustión. La materia arde y se forma otra sustancia. Cuando la madera arde, por ejemplo, se transforma en otra sustancia y deja de ser madera.

¿Y si nos apoyamos de la teoría?

¿Qué es una reacción química? 

Proceso durante el cual una sustancia (o sustancias) cambian para formar una o más sustancias nuevas. 

• Reactivos: Sustancias de las que se parte en una reacción química. 

• Productos: Sustancias formadas como resultado de una reacción química. 

• Las reacciones químicas utilizan una simbología particular.

• La o las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida. 
• 
  Durante la reacción se desprende o se absorbe energía: 
• Reacción exotérmica: se desprende energía en el curso de la reacción.
• Reacción endotérmica: se absorbe energía durante
  el curso de la reacción.
• Se cumple la ley de conservación de la masa: la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta.

A fin de expresar matemática una reacción química se hace necesario utilizar una expresión en la cual se señalan los reactivos y los productos. Esta expresión recibe el nombre de ecuación química.

Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas: 

• Las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda, y las de los productos a la derecha, separadas ambas por una flecha que indica el sentido de la reacción.

• A cada lado de la reacción, es decir, a derecha y a izquierda de la flecha, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento. 
  

• Cuando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está ajustada o equilibrada o balanceada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos números llamados coeficientes, que indican el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción.

• Nota: estos coeficientes situados delante de las fórmulas, son los únicos números en la ecuación que se pueden cambiar, mientras que los números que aparecen dentro de las fórmulas son intocables, pues un cambio en e
  llos significa un cambio de sustancia que reacciona y, por tanto, se trataría de una reacción distinta.
  
  
  
  

• Si se quiere o necesita indicar el estado en que se encuentran las sustancias que intervienen o si se encuentran en disolución, se puede hacer añadiendo los siguientes símbolos detrás de la fórmula química correspondiente: • (s) = sólido. • (metal) = elemento metálico. • (l) = líquido. • (g) = gas. • (aq) = disolución acuosa (en agua).

Reacciones de Síntesis o Composición 

Es una reacción en la que dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto. 

POR EJEMPLO

• S(s) + O2(g) → SO2(g) 
• Al + Br2 → AlBr3

Reacción de Descomposición o Análisis

Es el opuesto a la reacción de síntesis. Esta es una reacción en la que se da la ruptura de un compuesto en 2 o más componentes.

POR EJEMPLO

• 2KClO3(S) → 2KCl(s) + 3O2(g) 
• 2NaH(s) → 2Na(s) + H2(g)

Reacciones de Desplazamiento Simple

Es una reacción en la cual, un ión o átomo en un compuesto se reemplaza por un ión (o átomo) de otro elemento. 

• Tiene la forma general: AB +C → AC + B AB + C → CB + A

Los materiales iniciales siempre son elementos puros, como metal de zinc puro o gas hidrógeno, más un compuesto acuoso. Cuando ocurre una reacción de sustitución, se generan como productos un nuevo compuesto acuoso puro y un elemento puro diferente.

La serie de reactividad, también llamada serie de actividad, clasifica los elementos en orden de su reactividad para ciertos tipos de reacciones, incluyendo las reacciones de sustitución simple. Los elementos más reactivos en la serie de reactividad, sustituirán a los menos reactivos, pero no a la inversa. Hay clasificaciones diferentes para los elementos que forman cationes y los elementos que forman aniones.

Para los elementos que tienden a ganar electrones para formar aniones, el orden de reactividad del más reactivo al menos reactivo es el siguiente:

start color #1fab54, start text, M, a, with, \', on top, s, space, r, e, a, c, t, i, v, o, end text, end color #1fab54, space, space, space, space, space, start text, F, end text, start subscript, 2, end subscript, is greater than, start text, C, l, end text, start subscript, 2, end subscript, is greater than, start text, B, r, end text, start subscript, 2, end subscript, is greater than, start text, I, end text, start subscript, 2, end subscript, space, space, space, space, space, start color #e84d39, start text, M, e, n, o, s, space, r, e, a, c, t, i, v, o, end text, end color #e84d39

Maˊs reactivo     F2​>Cl2​>Br2​>I2​     Menos reactivo

Para recordar el orden de reactividad de estos elementos, también podemos ver de qué manera están acomodados en la tabla periódica, dentro del grupo 17. Entre más arriba esté el elemento en la columna, más reactivo será.

Para los elementos que forman cationes, la serie de reactividad es más larga, y las tendencias no son tan claras. Puedes ver un ejemplo de una serie de reactividad para cationes a continuación.

POR EJEMPLO

2 NaI + Br₂ → 2 NaBr + I₂ 

• 2 HCl + Zn → Cl₂Zn + H₂
• HCl + Fe → Cl₂Fe + H₂

Reacciones de Desplazamiento de Halógeno 

El comportamiento de los halógenos en las reacciones de desplazamiento de halógeno se puede resumir en otra serie de actividad: F2 > Cl2 > Br2 > I2 La fuerza de estos elementos como agentes oxidantes disminuye conforme avanzamos del flúor al yodo en el grupo VII A, por lo que flúor molecular puede reemplazar a los iones cloruros, bromuros y yoduro en disolución. 

De hecho, el flúor molecular es tan reactivo que también ataca al agua, por lo que estas reacciones no pueden efectuarse en disolución acuosa.

POR EJEMPLO

• 2Na(s) + 2H₂O(l) → 2NaOH(ac) + H₂(g)
• Zn(s) + 2HCl(ac) → ZnCl₂(ac) + H₂(g)

Reacciones de metástasis 

Es una reacción en la cual hay intercambio de cationes y aniones formando 2 compuestos nuevos donde uno de ellos al menos es un gas, un sólido (precipitado) o un electrolito débil. 

• Se clasifica como: 

    • Precipitación 

    • Neutralización 

    • Formación de un gas 

• Tiene la forma general: AB + CD → AD + CB

El enlace entre las especies que reaccionan puede ser iónico o covalente. Clásicamente, estas reacciones dan como resultado la precipitación de un producto.

POR EJEMPLO

• HCl + NaOH → NaCl + H₂O

PRECIPITACION

Consisten en la formación de un compuesto no soluble, llamado precipitado, producido al mezclar dos disoluciones diferentes, cada una de las cuales aportará un ion a dicho precipitado, es decir, una reacción de precipitación tiene lugar cuando uno o más reactivos, combinándose llegan a generar un producto insoluble.

POR EJEMPLO

Por ejemplo, si se disuelve acetato de sodio (CH­3COONa) en agua caliente y luego se deja enfriar, el acetato de sodio precipitará según la siguiente ecuación:

• Si la precipitación ocurre porque se añadió un agente precipitante, entonces la reacción de precipitación involucrará tanto al soluto como al agente precipitante.

NEUTRALIZACION 

Es la reacción entre un ácido (donador de protones) y una base (aceptor de protones o donador de OH) con la formación de una sal y agua.

POR EJEMPLO

• HCl + NaOH → NaCl + H₂O
• H₂SO₄ + 2 NaOH → Na₂SO₄ + H₂O
• HCl + NH₃ → NH₄Cl + H₂O

REACCIONES DE COMBUSTION

Es una reacción en la que un compuesto reacciona con oxígeno, y por lo generar se libera calor y luz para producir una flama.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO₂ y H₂O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

POR EJEMPLO

Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran:

• CO₂ : Dióxido de Carbono
• H₂O : Vapor de Agua
• N₂ : Nitrógeno gaseoso
• O₂ : Oxigeno gaseoso
• CO : Monóxido de Carbono
• H₂ : Hidrogeno gaseoso
• Carbono en forma de hollín
• SO₂ : Dióxido de Azufre

ECUACION MOLECULAR 

Es una ecuación en la que las fórmulas de los compuestos están escritas como si todas las especies existieran como moléculas o entidades completas.

• Aclara la identidad de los reactivos y productos. 
• No describe con exactitud que está pasando, lo hace de forma general.

En ocasiones a una ecuación molecular se le llama simplemente una ecuación balanceada. En una ecuación molecular, todos los compuestos iónicos y ácidos se representan como compuestos neutros usando la forma molecular. El estado de cada substancia se indica en paréntesis después de la fórmula.

 POR EJEMPLO

• AgNO3 (aq) + NaCl (aq) = AgCl (s) + NaNO3 (aq).

ECUACION IONICA 

Es la que muestra a las especies disueltas como iones libres.

 

• Toma en cuenta que los compuestos iónicos solubles en agua se separan en los cationes y aniones que los componen.

• En esta ecuación puede verse que hay iones que inician en disolución y terminan en disolución. 

• Estos iones se llaman espectadores: iones que no participan en la reacción global.

POR EJEMPLO

$\purpleC{\text{Na}^+(ac)} + \text{Cl}^-(ac) + \text{Ag}^+(ac) + \greenD{\text{NO}_3^-(ac)} \rightarrow \purpleC{\text{Na}^+(ac)} + \greenD{\text{NO}_3^- (ac)} + \text{AgCl}(s)$

ECUACION IONICA NETA 

Es la que muestra las especies que realmente participan en la reacción. 

• Excluye a los iones espectadores

EJEMPLO 

• ¿Cuál es la ecuación iónica neta para la reacción química entre $\text{H}_2 \text{SO}_4(ac)$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, left parenthesis, a, c, right parenthesis y $\text{NaOH}(ac)$start text, N, a, O, H, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis?   
• H+(ac)+OH−(ac)→H2​O(l) 

IONIZACIÓN 

Es un cambio químico mediante el cual se forman iones a partir de una molécula neutral de un sólido, líquido o gas inorgánico.

Un ejemplo común de ionización se produce cuando un compuesto inorgánico iónicamente enlazado con el cloruro sódico o ácido sulfúrico es disuelto en agua (u otro disolvente), la molécula se separa o disocia en dos iones, estando el ion metálico cargado positivamente por la pérdida de un electrón y el ion no metálico cargado negativamente por ganar un electrón.

La formación de iones produce un notable incremento del punto de ebullición y una disminución del punto de congelación del agua.

Los compuestos que se ionizan en soluciones incrementan mucho la conductividad del disolvente.

En ciertas reacciones químicas la ionización ocurre por transferencia de electrones; por ejemplo, el cloro reacciona con el sodio para formar cloruro de sodio, que consiste en iones de sodio (Na⁺) e iones de cloruro (Cl^-). La condición para que se formen iones en reacciones químicas suele ser una fuerte diferencia de electronegatividad entre los elementos que reaccionan o por efectos de resonancia que estabilizan la carga. Además la ionización es favorecida por medios polares que consiguen estabilizar los iones.

POR EJEMPLO

ELECTROLITOS Y NO ELECTROLITOS 

Aquellas sustancias que en disolución se disocian formando iones conducen electri­cidad y se denominan electrolitos; por el contrario las sustancias que no con­ducen la electricidad cuando están disueltas se denominan no electrolitos. Los no electrolitos son sustancias que en disolución no se disocian formando iones.

SOLUBILIDAD

Es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, denominándose a estas soluciones sobresaturadas.

Entonces... Es la máxima cantidad de soluto que se disolverá en una cantidad dada de disolvente a una temperatura específica.

Los compuestos se pueden clasificar como: 

• Solubles 
• Ligeramente solubles 
• Insolubles 

DISOLUCIÓN ACUOSA

Es el proceso que involucra dos disolventes y se llama terminantemente de esta forma, cuando el mayor componente es el agua.

• El soluto inicialmente es un sólido o líquido.

DISOLUCIÓN 

Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.   Estas Pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. 

SOLUTO 

Es el elemento que se disuelve en el otro, es decir, a la sustancia añadida para formar la mezcla. Puede ser un sólido, un líquido o un gas, que se encuentra generalmente en menores proporciones que el solvente y que, una vez mezclado, deja de ser perceptible a simple vista, o sea: se disuelve.

SOLVENTE

Es aquella sustancia que disuelve a la otra, o dicho de otra forma, es la sustancia a la que le añadimos el soluto y en la cual este último se disuelve, es la sustancia mayoritaria de la mezcla.

Por lo general, se trata de un líquido (para formar soluciones líquidas) en el que se disuelve un sólido, líquido o gas; caso contrario tanto soluto como solvente deberán a la vez ser sólidos o ser gases.

POR EJEMPLO

• Compuestos solubles en agua -->
• Bicarbonato de sodio 
• Cloruro de potasio
• Cloruro Sódico 

• Compuestos insolubles  --> 
• Sulfato de bario, BaSO₄
• _{Yoduro de plomo (II), PbI2}

Si un soluto se disuelve en agua, se agrupa en una de dos categorías:

• Electrolito (conducen la electricidad)
• No electrolito (no conducen la electricidad)

Conducen a la Electricidad...

Por la formación de iones ...

    • Los electrolitos forman iones 

    •Los no electrolitos no forman iones de manera significativa

Las sustancias electrolíticas pueden conducir la electricidad en mayor o menor grado, según su habilidad para formar iones. 

Por tanto se clasifican como --> Electrolitos fuertes y  Electrolitos débiles.

• Un electrolito fuerte es aquel que se disocia totalmente. No quedará nada de sustancia al final, sólo sus iones. 

POR EJEMPLO

• Sales solubles en agua 
• Los ácidos fuertes: HCl, HBr, HI, H2 SO4 , HNO3 , HClO3 , HClO4 , HBrO3 

• Un electrolito débil es el que se disocia en menor medida. Quedará sustancia y quedarán iones.
• La mayoria de acidos son debiles 
• La mayoria de acidos o hidroxidos son electrolitos debiles.
• No son electrolitos los compuestos que tienen enlaces covalentes o apolares. 

POR EJEMPLO

• La mayoría de ácidos y bases

• Un electrolito muy débil es aquel que apenas se disocia, pudiendo despreciar la cantidad de iones. Quedará sustancia y no quedarán iones.

¡Apoyémonos de la Teoría! :)

BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS

Para manifestar un cambio en la materia se utiliza una ecuación química, es decir, la forma que representa cómo se altera la naturaleza de los elementos o cómo reacciona uno al contacto con otros. Si deseamos comprender estas alteraciones, debemos ser capaces de equilibrar o balancear las ecuaciones químicas.

Una reacción química Como lo habíamos mencionado con anterioridad, consiste en el choque entre partículas que hacen posible tanto la ruptura de enlaces como la formación de nuevas uniones. Las partículas que chocan con una dirección favorable han de superar una energía mínima necesaria para que puedan romperse unos enlaces y formarse otros.

Para poder balancear ecuaciones lo primero que debemos identificar son los coeficientes y subíndices. Si se modifican los coeficientes, cambian las cantidades de la sustancia; si se modifican los subíndices, se originan sustancias diferentes.

Balancear ecuaciones consiste en equilibrar los reactivos y productos de las fórmulas. Para ello, sólo se agregan coeficientes cuando se requiera pero no se cambian los subíndices. Al balancear las reacciones químicas buscamos prácticamente que se cumpla la Ley de la conservación de la materia.

¡VIDEO PARA APOYARNOS DE LA TEORIA!

POR EJEMPLO ¡PRACTIQUEMOS!

Balancemos las siguientes ecuaciones juntos :)

• Pb (s) + HCL --> Reacción de desplazamiento simple
• 2 Pb (s) + 2HCL (ac) --> PbCl 2 + H2

• Fe (s) + CuCl 2 (ac)
• FeCl2 + Cu

• Al (s) + SnCl 2 (ac)
• 2Al(s) + 3Sn Cl 2 (ac) --> 2AlCl3 + 3Sn

• Br 2 (i) + NaI (ac) 
• --> Br 2 (i) + 2Na I (ac) --> 2Na Br + I 2.

• Mg(ClO4)2 + K2CO3 
• Mg CO3 + 2KCl O4 (ac)

• FeS + HCl
• Fe S + 2HCl --> FeCl2+ H2 S (g)

EJERCITEMOS...

Coloquemos el nombre científico a cada uno de los reactivos que están en las reacciones, que anteriormente trabajamos..

1. Sulfuro de Plomo + Cloruro de Hidrogeno
2. Sulfuro de Hierro + Cloruro de Cobre
3. Aluminio + Cloruro de estaño
4. Bromo + yoduro de sodio
5. Clorato de Magnesio + Carbonato de Potasio
6. Sulfuro de hierro + Cloruro de hidrogeno

ESTEQUIOMETRIA

Es la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en una reacción química (reactivos y productos). Estas relaciones pueden ser: 

• mol-mol mol-gramos 
• gramos-gramos 
• mol-volumen 
• volumen-gramos 
• volumen-volumen

Las relaciones pueden ser: entre reactivos y productos, sólo entre reactivos o sólo entre productos.

Cualquier cálculo estequiométrico que se lleve a cabo, debe hacerse en base a una ecuación química balanceada, para asegurar que el resultado sea correcto.

Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus coeficiente estequiométricos se dice:

• La mezcla es estequiométrica;
• Los reactivos están en proporciones estequiométricas;
• La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;

Las tres expresiones tienen el mismo significado.

En estas condiciones, si la reacción es completa, todos los reactivos se consumirán dando las cantidades estequiométricas de productos correspondientes. Si no en esta forma existirá el reactivo limitante que es el que esta en menor proporción que en base a el se trabajan todos los cálculos.

POR EJEMPLO

• ¿Qué cantidad de oxígeno es necesaria para reaccionar con 100 gramos de carbono produciendo dióxido de carbono?

Masa atómica del oxígeno = 15,9994.

Masa atómica del carbono = 12,0107.

La reacción es: C + O2 --> CO2 

Para formar una molécula de dióxido de carbono, hacen falta un átomo de carbono y dos de oxígeno, o lo que es lo mismo, un mol de carbono y dos de oxígeno.

Entonces podemos decir que... X = 266. 4 gramos de oxigeno

La importancia de la estequiometría y las reacciones es que todas las partes de la química pueden trabajar con ellas, y todos los procesos industriales se basan en estas estequiometrías. El cálculo de la estequiometría pasa por la fabricación o refinamiento de los productos que usamos todos los días, ya que ambos tienen ciertos químicos Procesos. lograr. A través de la estequiometría, asociamos el peso con las mezclas, los porcentajes de desempeño de ingeniería, las materias primas y la pureza del producto.

En una reacción, siempre hay un reactivo que reaccionará completamente, mientras que el otro reactivo no será al revés. La reacción involucra muchos factores físicos y químicos. La estequiometría puede ayudarnos a calcular y comprender el contenido de sustancia en el producto formado por el reactivo. Además, esta parte de la química también es muy importante para los procesos químicos.

REFERENCIAS

1. Marroquín Tinti (2021) Clases Magistrales, reacciones químicas.
2. Bolaños Menéndez (2018) Estequiometria. https://quimicafacil.fandom.com/es/wiki/IMPORTANCIA_DE_LA_ESTEQUIOMETRIA. 
3. Gonzales Morales (2012) Ionización en quimica. https://alquimica.es/?p=223 
4. Khan academy (2019) Reacciones quimicas. https://es.khanacademy.org/science/biology/chemistry--of-life/chemical-bonds-and-reactions/a/chemical-reactions-article 
5. Moran Cordón (2021) Reacciones químicas, ejemplos. https://es.khanacademy.org/science/biology/chemistry--of-life/chemical-bonds-and-reactions/a/chemical-reactions-article 
6. Gradilla Hernan (2021) Reacciones de desplazamiento. http://uapas2.bunam.unam.mx/ciencias/reacciones_quimicas/ 
7. Jordan Yumay (2020) Cambios físicos y químicos de la materia. https://www.uv.es/madomin/miweb/cambiofisicocambioquimico.html#:~:text=Un%20CAMBIO%20F%C3%8DSICO%
8. Khan academy (2020) Ecuaciones moleculares y ionicas. https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:chemical-reactions/x2eef969c74e0d802:net-ionic-equations/a/complete-ionic-and-net-ionic-equations