Reacciones Químicas
Una reacción
química consiste en el cambio de una o más sustancias en otra(s). Los reactantes
son las sustancias involucradas al inicio de la reacción y los productos son
las sustancias que resultan de la transformación. En una ecuación
química que describe una reacción, los reactantes, representados por sus
fórmulas o símbolos, se ubican a la izquierda de una flecha; y posterior a la
flecha, se escriben los productos, igualmente simbolizados.
En una ecuación se puede indicar los estados físicos de las sustancias
involucradas de la manera siguiente: (s) para sólido, (l) para líquido, (g)
para gaseoso y (ac) para soluciones acuosas. Los
catalizadores, temperaturas o condiciones especiales deben especificarse encima
de la flecha. El símbolo de calor (
) debajo de la flecha.
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Ecuación Química: representa la transformación de
sustancias.
Reactante(s) à Producto(s)
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Tipos de Reacciones Químicas
Las reacciones químicas pueden clasificarse de
manera sencilla en cuatro tipos. Existen otras clasificaciones, pero para
predicción de los productos de una reacción, esta clasificación es la más
útil.
Reacciones de Síntesis o
Composición
En estas reacciones, dos o más elementos o
compuestos se combinan, resultando en un solo producto.
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Síntesis Química: la
combinación de dos o más sustancias para formar un solo compuesto.
A + B à C
(donde A y B pueden ser elementos o compuestos)
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Ejemplo:
Escriba la reacción de síntesis entre el aluminio y
el oxígeno.
Solución:
Dos elementos se combinarán para formar el
compuesto binario correspondiente. En este caso,
el aluminio y el oxígeno formarán el óxido de aluminio. La ecuación que
representa la reacción es la siguiente:
4 Al (s)
+ 3 O2 (g) à 2 Al2O3 (s)
Nota: Es importante recordar los elementos que son diatómicos, los cuales se
escriben con un subíndice de 2 cuando no se encuentran combinados y participan
en una reacción. Estos son el hidrógeno,
nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro, bromo y el yodo.
Reacciones de Descomposición o Análisis
Estas reacciones son inversas a la síntesis y son
aquellas en la cuales se forman dos o más productos a partir de un solo
reactante, usualmente con la ayuda del calor o la electricidad.
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Descomposición Química: la
formación de dos o más sustancias a partir de un solo compuesto.
A à B + C
(donde B y C pueden ser elementos o compuestos)
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Ejemplo:
Escriba la ecuación que representa la
descomposición del óxido de mercurio (II).
Solución:
Un compuesto binario se descompone en los elementos
que lo conforman. En este caso, el óxido de mercurio (II) se
descompone para formar los elementos mercurio y oxígeno. La ecuación que
representa la reacción es la siguiente:
2 HgO (s) à 2 Hg (l) + O2 (g)
Reacciones de
Desplazamiento o Sustitución Sencilla
Estas reacciones son aquellas en las cuales un
átomo toma el lugar de otro similar pero menos activo en un compuesto. En general, los
metales reemplazan metales (o al hidrógeno de un ácido) y los no metales
reemplazan no metales. La actividad de los metales es la siguiente, en
orden de mayor actividad a menor actividad: Li, K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe,
Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au. El orden de
actividad de los no metales más comunes es el siguiente: F, O, Cl, Br,
I, siendo el flúor el más activo.
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Desplazamiento Químico: un
elemento reemplaza a otro similar y menos activo en un compuesto.
AB + C à CB + A ó AB + C à AC + B
(dónde C es un elemento más activo que un metal A
o un no metal B)
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Ejemplo 1:
Escriba la reacción entre el magnesio y una
solución de sulfato de cobre (II).
Solución:
El magnesio es un metal más activo que el cobre y
por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando sulfato de magnesio. A la vez, el
cobre queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que
representa la reacción es la siguiente:
Mg (s) + CuSO4 (ac) à MgSO4 (ac) + Cu (s)
Ejemplo 2:
Escriba la reacción entre el óxido de sodio y el
flúor.
Solución:
El flúor es un no metal más activo que el oxígeno y
por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando fluoruro de sodio. A la vez, el
oxígeno queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que
representa la reacción es la siguiente:
2 F2 (g) + 2 Na2O (ac) à 4 NaF (ac) + O2 (g)
Ejemplo 3:
Escriba la reacción entre la plata y una solución
de nitrato de bario.
Solución:
La reacción no se da, puesto que la plata es un
metal menos activo que el bario y por ende, no lo reemplaza.
Reacciones de Doble Desplazamiento o
Intercambio
Estas reacciones son aquellas en las cuales el ión
positivo (catión) de un compuesto se combina con el ión negativo (anión) del
otro y viceversa, habiendo así un intercambio de átomos entre los
reactantes. En general, estas reacciones ocurren en solución,
es decir, que al menos uno de los reactantes debe estar en solución acuosa.
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Doble Desplazamiento Químico: los reactantes
intercambian átomos – el catión de uno se combina con el anión del otro y
viceversa.
AB + CD à AD + CB
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Solución:
En esta reacción, la plata reemplaza al hidrógeno
del ácido, formando cloruro de plata. Al mismo
tiempo, el hidrógeno reemplaza a la plata, formando ácido nítrico con el
nitrato. La ecuación que representa la reacción es la
siguiente:
AgNO3 (ac) + HCl (ac) à HNO3 (ac) + AgCl (s)
OTRO TIPO DE REACCIONES:
Reacciones de Neutralización
Estas reacciones son de doble desplazamiento o
intercambio. Su particularidad es que ocurren
entre un ácido y una base y los productos de la reacción son agua y una sal
formada por el catión de la base y el anión del ácido.
Por ejemplo, la reacción entre el ácido sulfúrico y
el hidróxido de sodio resulta en la formación de agua y sulfato de sodio. La ecuación que
representa esta reacción es la siguiente:
H2SO4 (ac) + 2 NaOH (ac) à 2 H2O
(l) + Na2SO4 (ac)
Reacciones de Combustión
Estas reacciones ocurren cuando un hidrocarburo
orgánico (un compuesto que contiene carbono e hidrógeno) se combina con el
oxígeno, formando agua y dióxido de carbono como productos de la reacción y liberando
grandes cantidades de energía. Las reacciones
de combustión son esenciales para la vida, ya que la respiración celular es una
de ellas.
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Combustión: un hidrocarburo orgánico reacciona
con el oxígeno para producir agua y dióxido de carbono.
hidrocarburo + O2 à H2O + CO2
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Ejemplo 1:
Escriba la ecuación que representa la reacción de
combustión de la glucosa, el azúcar sanguíneo (C6H12O6).
Solución:
En esta reacción, la glucosa es un hidrocarburo que
reacciona con el oxígeno, resultando en los productos de la combustión – el
agua y el dióxido de carbono. La ecuación que representa la reacción es la
siguiente:
C6H12O6 + O2 à H2O + CO2
Preguntas:
- Clasifique las siguientes reacciones como
uno de los tipos de reacciones descritos.
- 2 H2 + O2 à 2 H2O
- H2CO3 + 2 Na à Na2CO3 + H2
- Ba(OH)2 à H2O + BaO
- Ca(OH)2 + 2 HCl à 2 H2O + CaCl2
- CH4 + 2 O2 à CO2 + 2 H2O
- 2 Na + Cl2 à 2 NaCl
- Cl2 + 2 LiBr à 2 LiCl + Br2
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ESTEQUIOMETRÍA
Definición:
— La
estequiometría es la parte de la química que se encarga de estudiar las
relaciones cuantitativas entre las masas, los volúmenes y el número de moles de
moléculas de los reactivos que intervienen en una reacción química y los
productos obtenidos. Jeremías
Benjamín Richter (1762-1807).
Aplicaciones de la
estequiometria:
— Con la estequiometría podremos saber
cuántos reactivos se necesitan para una determinada cantidad de producto.
— La aplicación de la estequiometría es
básica en toda la industria química para la fabricación de miles de productos,
como alcohol, ácidos, medicamentos, pinturas, asfalto, barniz, plástico, goma,
gasolina y muchos más.
— Cuantificar el producto exacto de una
reacción química
LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS (PONDERABLES)
• Ley
de la conservación de la masa (Antoine de Lavoisier, 1787)
• ley
de las proporciones definidas o
composición constante (Joseph Proust,1799)
• Ley
de las proporciones múltiples (John Dalton,1803)
INVESTIGAR EN QUE CONSISTE CADA LEY ANTERIOR.
CONCEPTOS BÁSICOS:
MOL: Dada
cualquier sustancia(elemento o compuesto químico) y
considerando a la vez un cierto tipo de entidades elementales que la componen,
se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas
entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en
12 gramos de carbono-12 Cantidad:6,022 141 29
(30) × 1023 unidades elementales.
MASA ATÓMICA:
Medida promedio de la masa del átomo de un
elemento. La masa atómica ofrecida en las Tablas periódicas es una medida
ponderada de las masas de los isótopos a partir de su abundancia relativa. uma
(u) como unidad de medida.
MASA MOLAR: es la masa de un mol
de sustancia, equivalente a la masa atómica o molecular (según se haya
considerado un mol de átomos o de moléculas) expresada en gramos.
Un mol de gas
ideal ocupa un volumen de 22,4 L a 0 °C de temperatura y
1 atm de presión.
INFORMACIÓN QUE SE
OBTIENE A PARTIR DE UNA ECUACIÓN BALANCEADA
2C2H6 (g) + 7 O2 → 4CO2(g) + 6 H2O
(g)
Etano
1. Reactivos y productos
2. Moléculas de los reactivos y de los
productos
3. Moles de los reactivos y de los
productos
4. Volumen de los gases (a misma
Temperatura y Presión)
5. Masas relativas de los reactivos y de
los productos.
CÁLCULO DE LAS MASAS RELATIVAS DE REACTIVOS Y PRODUCTOS:
— Considerar: C2H6
= 30.0 uma ; O2 = 32.0 uma ;
CO2 =
44.0 uma ; H2O = 18.0 uma
Ejemplo para
reactivo:
2 moles de C2H6 x 30.0 g C2H6 = 60.0 g C2H6
1 mol C2H6
Ejemplo para
producto:
4 moles CO2 x 44.o g CO2 = 176 g CO2
1 mol CO2
TIPOS DE PROBLEMAS ESTEQUIOMÉTRICOS:
- Masa –masa (“peso-peso”)
- Masa – Volumen o
volumen - masa.
- Volumen – Volumen
MÉTODO MOLAR PARA RESOLVER PROBLEMAS
ESTEQUIOMÉTRICOS:
Se verá en clase.
