Reacciones químicas Una reacción o transformación química



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Reacciones químicas

  • Una reacción o transformación química es un proceso por el cual los enlaces de las sustancias iniciales, llamadas reactivos, sufren una transformación y sus átomos se reorganizan de distinta manera para formar otras sustancias llamadas productos, y normalmente se produce un intercambio de energía.

  • Una transformación química es homogénea si tanto los reactivos como los productos se encuentran en el mismo estado (sólido, líquido o gas). En caso contrario se dice que es heterogénea.

  • Una transformación química se representa esquemáticamente mediante una ecuación química.

    • Una ecuación química consta de dos miembros. En el primero se escriben las fórmulas de las moléculas de los reactivos y en el segundo las de los productos.

    • Por ejemplo, vamos a escribir la ecuación química de la combustión del metano (CH4):



Nota: siempre que os digan que una sustancia se quema o que se realiza la combustión de una sustancia, la ecuación química es



    • Para escribir correctamente la ecuación química se requiere:

      • Conocer las fórmulas de los reactivos y los productos.

      • Satisfacer la ley de conservación de los átomos: la suma de todos los átomos de los reactivos es igual a la suma de los átomos de todos los productos. Para conseguirlo se utilizan los llamados coeficientes estequiométricos, que son números que se colocan delante de cada uno de los compuestos que intervienen en la reacción. Este proceso se denomina ajustar la reacción. Para ajustar una reacción no hay un método concreto, pero se utiliza el método por simple inspección con frecuencia.

      • En la molécula de agua (H2O) hay dos átomos de H y un átomo de O.

Si tengo 3H2O, el coeficiente estequiométricos es 3, y significa que hay tres moléculas de agua, por tanto hay 6 átomos de H y 2 de O. Si tengo H2O, el coeficiente estequiométrico es 1, que no se pone.

EJEMPLOS DE REACCIONES QUÍMICAS DE SÍNTESIS COMUNES

REACTIVOS

PRODUCTOS

TIPO DE SUSTANCIA QUE SE FORMA

H2 + Cl2 

Hidrógeno + cloro

Recordar que sólo se pueden formar 7 tipos de hidrácidos.


2HCl

Ácido Clorhídrico

Hidrácido

N2 + 3H2

Nitrógeno + Hidrógeno

2NH3

Amoníaco o Trihidruro de Nitrógeno

Hidruro No Metálico

Ca + H2

Calcio + Hidrógeno

CaH2

Hidruro de Calcio

Hidruro Metálico

Fe + O2

Hierro + oxígeno

Depende del estado de oxidación del metal

FeO ó Fe2O3

Óxido de Hierro o Trióxido de dihierro

Óxido básico

Cl2 + O2

Cloro + oxígeno

Depende del estado de oxidación del no metal

Cl2O ó Cl2O3

Óxido de cloro o Trióxido de dicloro

Cl2O5 ó Cl2O7

pentaóxido de cloro o Heptáoxido de dicloro


Óxido ácido

O Anhídridos

2Al + 3F2

Aluminio + Flúor

Siempre tenemos a un metal + un no metal

2AlF3

Trifloururo de Aluminio

Sal Binaria o Sal haloidea

2P + 3Cl2

Fósforo + Cloro

Siempre tenemos a un metal + un no metal o

no metales


2PCl3

Tricloruro de Fósforo

Sal Binaria ácida o Sal haloidea

Na + H2O

Sodio + agua

Depende del metal que reaccione con el agua

NaOH + H2

Hidróxido de Sodio + Hidrógeno

Desprendimiento del gas hidrógeno


Base o hidróxido

Na2O + H2O

óxido de disodio + agua

La base que se forme depende del estado de oxidación del metal

NaOH

Hidróxido de Sodio

No hay desprendimiento de gas


Base o hidróxido

SO3 + H2O

Trióxido de azufre + agua

El Oxoácidos que se forme depende del estado de oxidación del no metal

H2SO4

Ácido Sulfúrico

El ión hidrógeno + un ión poliatómico


Oxoácidos

SO3 + BaO

Trióxido de azufre + Oxido de Bario

En este caso casi siempre tenemos un óxido ácido + oxido básico.

La oxosal que se forme depende del estado de oxidación del no metal

BaSO4

Sulfato de Bario

Un catión metálico + un ión poliatómico


Oxosales

EN EL CASO DE QUE LAS REACCIONES SEAN DE DESCOMPOSICIÓN OCURRE LO CONTRARIO ES DECIR EL PRODUCTO FORMADO SE SEPARA EN LAS SUSTANCIAS INICIALES QUE LA FORMARON.

DEFINICIONES DE ÁTOMO Y MOLÉCULA



Átomo

Es la partícula más pequeña de un elemento químico que mantiene todas las propiedades de aquel, cuando es sometido a cualquier cambio químico.

Cuando se simboliza a un elemento químico, por ejemplo, Na ( sodio ), también se está simbolizando a un átomo del elemento, en este caso, un átomo de sodio.

Molécula

Es la menor partícula de un elemento o compuesto que tiene existencia estable y posee todas las propiedades químicas de dicho elemento o compuesto.

Un átomo de nitrógeno no puede existir libre en condiciones normales, por lo tanto se unen dos de ellos para formar una molécula diatómica N2.

Otros elementos forman también moléculas diatómicas; algunos de ellos son: fluor ( F2 ), hidrógeno ( H2 ), cloro ( Cl2 ), oxígeno ( O2 ), bromo ( Br2 ), iodo ( I2 ).

Existen otros elementos que forman moléculas con más átomos, es así como el fósforo forma una molécula tetraatómica ( P4 ) y el azufre, una molécula octoatómica ( S8 ).

Hay elementos que no forman moléculas poliatómicas, sino existen libremente en forma atómica; se puede considerar que forman una molécula monoatómica. Ejemplos son los metales: cobre ( Cu ), hierro ( Fe ), oro ( Au ), plata ( Ag ), etc.

Se debe tener en cuenta que las moléculas de elementos están formadas por átomos de dicho elemento. A diferencia de las moléculas de los compuestos que están formadas, como mínimo, por dos átomos de elementos diferentes. Es así como la molécula del monóxido de carbono

( CO ) está formada por un átomo de carbono y un átomo de oxígeno, la del agua ( H2O ) está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno; la del ácido nítrico ( HNO3 ) formada por un átomo de hidrógeno, uno de nitrógeno y tres átomos de oxígeno, se puede decir que es una molécula poliatómico.


Cambios químicos en la materia

En la naturaleza y en la vida diaria, nos encontramos constantemente con fenómenos físicos y con fenómenos químicos.

reaccionquimica001

El mejor ejemplo de cambio químico: combustión.

Fenómeno físico es aquel que ocurre sin que haya transformación de la materia involucrada. En otras palabras, cuando se conserva la sustancia original. Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado de la materia y también acciones como patear una pelota, romper una hoja de papel.

En todos los casos, encontraremos que hasta podría cambiar la forma, como cuando rompemos el papel, pero la sustancia se conserva, seguimos teniendo papel.



Fenómeno químico es aquél que, al ocurrir, tiene como resultado una transformación de materia. En otras palabras, cuando no se conserva la sustancia original. Ejemplos: cuando quemamos un papel, cuando respiramos, y en cualquier reacción química. En todos los casos, encontraremos que las sustancias originales han cambiado, puesto que en estos fenómenos es imposible conservarlas.

Para entender claramente la diferencia entre fenómeno físico y fenómeno químico veremos lo que ocurre en un proceso natural como la fotosíntesis.



Durante el proceso de fotosíntesis

Fenómeno

a- la hoja toma CO2 del aire (también llega el H2O tomada del suelo por la raíz)

Físico

b- el agua se transforma en Hidrógeno y Oxígeno,

Químico

c- el Oxígeno se desprende de la planta y vuelve a la atmósfera

Físico

d- el Hidrógeno reacciona con el Dióxido de Carbono para formar Almidón.

Químico

Ahora veamos qué ocurre en el motor de un auto cuando está en movimiento.

En un auto

Fenómeno

a- se inyecta gasolina en un carburador,

Físico

b- se mezcla con aire,

Físico

c- la mezcla se convierte en vapor,

Físico

d- se quema ( y los productos de la combustión )

Químico

e- se expanden en el cilindro

Físico

Reacciones químicas

reaccionquimica003

Un clavo se oxida con el aire: reacción química.

Por experiencia, sabemos que un trozo de hierro se oxidará si lo dejamos a la intemperie, y lo sabemos aunque no poseamos conocimientos de química.

Lo que ocurre es una reacción química en la cual el hierro se combina con el oxígeno presente en el aire para formar una sustancia distinta a las originales, un óxido de hierro.

El origen de una nueva sustancia, como el óxido de hierro en nuestro ejemplo, significa que ha ocurrido un reordenamiento de los electrones dentro de los átomos, y se han creado nuevos enlaces químicos. Estos enlaces químicos determinarán las propiedades de la nueva sustancia.

La mayoría de los cambios químicos son irreversibles. Al quemar un trozo de madera ya no podremos volver a obtenerlo a partir de las sustancias en que se ha convertido: cenizas y gases.

Sin embargo, hay otros cambios químicos en que la adición de otra sustancia provoca la obtención de la sustancia original y en ese caso se trata de un cambio químico reversible. Así, pues, para producir un cambio químico reversible hay que provocar otro cambio químico.

Todo cambio químico involucra una reacción entre diferentes sustancias produciendo la formación de sustancias nuevas.

Entonces, una reacción química es un proceso en que una o más sustancias se transforman en otra u otras sustancias de diferente naturaleza.

Las reacciones químicas se manifiestan en alguna de estas formas:

• emisión de gases

• efervescencia

• cambios de color

• emisión de luz

• elevación de la temperatura

• formación de nuevas sustancias.



reaccionquimica002

Manifestaciones de una reacción química.

La respiración de los animales y la digestión de los alimentos constituyen ejemplos importantes de reacciones químicas; por eso se dice que el cuerpo humano es como un laboratorio químico.

El estudio metódico de las reacciones químicas ha permitido a los científicos transformar los productos naturales y obtener toda clase de sustancias, tales como: fibras sintéticas, plásticos, insecticidas y detergentes, todo ello tan útil en nuestra vida diaria.


DEFINICIÓN GENERAL DE ECUACIÓN QUÍMICA

La ecuación química balanceada es una ecuación algebraica con todos los reaccionantes en el primer miembro y todos los productos en el segundo miembro por esta razón el signo igual algunas veces se remplaza por un flecha que muestra el sentido hacia la derecha de la ecuación, si tiene lugar también la reacción inversa, se utiliza la doble flecha de las ecuaciones en equilibrio.

Una reacción química es el proceso por el cual unas sustancias se transforman en otras.

Las sustancias iniciales se llaman reactivos o reactantes y las que resultan se llaman productos.

También podemos decir que las ecuaciones químicas son el modo de representar a las reacciones químicas.

Por ejemplo el hidrógeno gas (H2) puede reaccionar con oxígeno gas(O2) para dar agua (H20). La ecuación química para esta reacción se escribe:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-01.gif

El "+" se lee como "reacciona con"

La flecha significa "produce".

Las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivos.

A la derecha de la flecha están las formulas químicas de las sustancias producidas denominadas productos.

Los números al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite).

Además la ecuación química los números relativos de moléculas de los reaccionantes y de los de los productos están indicados por los coeficientes de las fórmulas que representan estas moléculas.


HCl

+

reactivos



NaOH



NaCl

+

productos



H2O

Características de la ecuación:

1. Indica el estado físico de los reactivos y productos ((l) liquido, (s) sólido, (g) gaseoso y (ac) acuoso (en solución)

2. Deben indicarse los catalizadores que son sustancias que aceleran o disminuyen la velocidad de la reacción y que no son consumidos. Estos van encima o debajo de la flecha que separa reactantes y productos.

EJEMPLO:

6CO2

+

6H2O

luz solar



C6H12O6

+

6O2

3. Debe indicarse el desprendimiento o absorción de energía

4. La ecuación debe estar balanceada, es decir el número de átomos que entran debe ser igual a los que salen.

EJEMPLO:

2H(g)

+

O2(g)



2H2O (l)

+

136 kcal

5. Si hay una delta sobre la flecha http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image034.gifindica que se suministra calor a la reacción;

EJEMPLO:

KClO3

http://www.cespro.com/materias/matcontenidos/contquimica/quimica_basica_archivos/image034.gif

KCl

+

O2

BALANCEO DE ECUACIONES

Balancear una ecuación es realmente un procedimiento de ensayo y error, que se fundamenta en la búsqueda de diferentes coeficientes numéricos que hagan que el número de cada tipo de átomos presentes en la reacción química sea el mismo tanto en reactantes como en productos

Hay varios métodos para equilibrar ecuaciones:

1. MÉTODO DEL TANTEO O INSPECCIÓN O BALANCE DE ECUACIONES QUÍMICAS

Este método es utilizado para ecuaciones sencillas y consiste en colocar coeficientes a la izquierda de cada sustancia, hasta tener igual número de átomos tanto en reactantes como en productos.



EJEMPLO:

N2

+

H2



NH3

En esta ecuación hay dos átomos de nitrógeno en los reactantes, por tanto se debe colocar coeficiente 2 al NH3, para que en los productos quede el mismo número de átomos de dicho elemento.

N2

+

H2



2NH3

Al colocar este coeficiente tenemos en el producto seis átomos de hidrógeno; para balancearlos hay que colocar un coeficiente 3 al H2 reactante :

N2

+

3H2



2NH3

La ecuación ha quedado equilibrada. El número de átomos de cada elemento es el mismo en reactivos y productos.

Ejemplo 1:

Consideremos la reacción de combustión del metano gaseoso (CH4) en aire.



Paso 1:

Sabemos que en esta reacción se consume (O2) y produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2).

Luego:

los reactivos son CH4 y O2, y



los productos son H2O y CO2

Paso 2:

la ecuación química sin ajustar será:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-03.gif

Paso 3:

Ahora contamos los átomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-0.gif

Entonces,


una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para producir dos moléculas agua y una molécula de dióxido de carbono.

Ejemplo 2:

http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-05.gif

http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-06.gif

Ecuación balanceada



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-07.gif

Ejemplo 3:

http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-08.gif

Ajustar primero la molécula mayor



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Ahora ajustamos el O.



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Multiplicamos por dos:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-11.gif

Ejemplo 4:

Descomposición de la urea:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-12.gif

Para balancear únicamente duplicamos NH3 y así:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-13.gif

Ejemplo 5:

http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-14.gif

Necesitamos mas cloro en la derecha:



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-15.gif

Se necesita más C en la izquierda, duplicamos CH3OH.



http://www.eis.uva.es/~qgintro/imagenes/esteq2-16.gif

ya está ajustada.



Tipos de reacciones químicas

Es necesario reconocer, que una reacción química sólo puede corresponder a un fenómeno químico que se verifique en condiciones adecuadas; es decir, no se debe proponer una reacción química inventada o que no sea una reacción real. Sin embargo, no siempre es posible predecir sí, al poner en contacto ciertas sustancias, se llevará a cabo la reacción o cuáles serán los productos.

Ahora bien, en miles de experimentos realizados en el mundo, debidamente repetidos y controlados en el laboratorio, las reacciones químicas se pueden clasificar en los siguientes tipos:

De síntesis o combinación

Es un fenómeno químico, y a partir de dos o más sustancias se puede obtener otra (u otras) con propiedades diferentes. Para que tenga lugar, debemos agregar las sustancias a combinar en cantidades perfectamente definidas, y para producirse efectivamente la combinación se necesitará liberar o absorber calor (intercambio de energía).

Ecuación General:

A + B  AB

La combinación del hidrógeno y el oxígeno para producir agua y la del hidrógeno y nitrógeno para producir amoníaco son ejemplos:

2H2 + O2 —› 2 H2 O formación de agua

3 H2 + N2 —› 2 N H3 formación de amoníaco



De Descomposición

Es un fenómeno químico, y a partir de una sustancia compuesta (formada por dos o más átomos), puedo obtener dos o más sustancias con diferentes propiedades.

Ecuación General:

AB  A + B

Ejemplos: al calentar óxido de mercurio, puedo obtener oxígeno y mercurio; se puede hacer reaccionar el dicromato de amonio para obtener nitrógeno, óxido crómico y agua.

Para que se produzca una combinación o una descomposición es fundamental que en el transcurso de las mismas se libere o absorba energía, ya que sino, ninguna de ellas se producirá. Al final de cualquiera de las dos tendremos sustancias distintas a las originales. Y ha de observarse que no todas las sustancias pueden combinarse entre sí, ni todas pueden ser descompuestas en otras.



La descomposición puede ocurrir por efecto del calor, luz y electricidad.

De Sustitución o de Reemplazo

En este caso un elemento sustituye a otro en un compuesto, pueden ser desplazamiento de metal con otro metal o metal que desplaza al hidrógeno según la Serie Electroquímica de los metales, el otro tipo de reacción de simple desplazamiento es un no metal que desplaza a otro no metal siguiendo también la serie electroquímica de los no metales.



Ecuación General:

A + BC  AC + B

Ejemplos:

Zn + 2HCl ——› ZnCl2 + H2 Metal que desplaza al hidrógeno

Mg + H2 SO4 ——› Mg SO4 + H2 Metal que desplaza al hidrógeno

Mg + AgNO3 ——› Mg( NO3)2 + Ag Metal que desplaza a otro metal

Cl2 + AlBr3 ——› AlCl3 + Br2 No Metal que desplaza a otro No metal

De Doble Sustitución o de Intercambio o Metátesis

En este tipo de reacciones se intercambian los patrones de cada compuestos, es en dos decir que los iones positivos y negativos en dos compuestos intercambian sus compañeros, en este tipo de reacciones se dan las llamadas de neutralización que llegan a completarse debido a la formación de un compuesto ligeramente ionizado como el agua, los productos de este tipo de reacción serán una sal que puede ser binaria o ternaria , esto dependerá del tipo de ácido que reaccione con la base y el otro producto será agua.



Ecuación General:

AB + CD  AD + CB

ejemplo:


2 CuOH + H2SO4 ——› Cu2 SO4 + 2H2O Reacción de Neutralización

Base + ácido sal + agua

3BaCl2(ac) + Fe2(SO4)3 (ac) ——› 3BaSO4 + 2FeCl2 (ac)

La mejor suposición que puede hacerse, en caso de que se trate de predecir la reacción entre dos compuestos desconocidos, consiste en suponer la existencia de una reacción de doble desplazamiento.


Nombre

Descripción

Representación

Ejemplo

Reacción de síntesis

Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.

A+B → AB

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Reacción de descomposición

Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.

AB → A+B

2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Reacción de desplazamiento o simple sustitución

Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.

A + BC → AC + B

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución

Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.

AB + CD → AD + BC

NaOH + HCl → NaCl + H2O


Práctica de las Reacciones Químicas:

Escribir las ecuaciones de las siguientes reacciones, nombrarlas, identifíquelas según el tipo de reacción y balancéelas:

a. Trióxido de azufre + agua 

b. Cinc + oxígeno 

c. Oxido de litio + agua 

d. Oxido de aluminio + agua 

e. Óxido de cinc + agua 

f. Oxido férrico + agua 

g. Dióxido de carbono + agua 

h. Oxido ferroso + agua 

i. Sodio + agua 

j. Flúor + hidrógeno 

k. Oxido de aluminio + hidróxido de sodio 

l. Hidróxido de aluminio + ácido sulfúrico 

m. Oxido de aluminio + ácido clorhídrico 

n. Hidróxido de magnesio + ácido nítrico 

ñ. Bromo + hidrógeno 

o. Acido yodhídrico + hidróxido de bario 

p. Sulfuro de hidrógeno + hidróxido cúprico 



q. Ácido fosfórico + hidróxido de calcio 

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