ATIVO “SAN FRANCISCO” ... COMPLEJO EDUC Año General “C”

COMPLEJO EDUCATIVO “SAN FRANCISCO”
Profesor: José Miguel Molina Morales
Tercer Periodo
GUIA DE CIENCIAS QUIMICAS
Segundo Año General “C”
REACCIONES QUÍMICAS
INTRODUCCIÓN
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.
REACCIONES QUÍMICAS
Una reacción química es el proceso por el cual unas sustancias se transforman en otras.
EJEMPLO: El H2 y el O2 reaccionan para formar un nuevo compuesto H2O.
Las sustancias iniciales se llaman reactivos o reactantes y las que resultan se llaman
productos.
LA ECUACIÓN QUÍMICA
En 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
NaOH → NaCl
reactivos
productosH2O
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 sustancias que aceleran o disminuyen la velocidad
de la reacción y que no son consumidos van encima o debajo de la flecha que separa
reactantes y productos.
EJEMPLO:
→
6CO2 +
6H2O
C6H12O6 + 6O2
luz solar
3. Deben indicarse el desprendimiento o absorción de energía
4. La ecuación debe estar balanceada, es decir el numero 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
indica que se suministra calor a la reacción;
EJEMPLO:
KClO3

KCl
+
O2
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
Las ecuaciones químicas son expresiones abreviadas de los cambios o reacciones químicas
en términos de los elementos y compuestos que forman los reactivos y los productos se
clasifican en:
NOMBRE
EXPLICACIÓN
EJEMPLO
Composición o
síntesis
Es aquella donde
dos o más
sustancias se
unen para formar
un solo producto
Descomposición o
análisis
Ocurre cuando un
átomo sustituye a
otro en una
molécula :
Neutralización
En ella un ácido
reacciona con una
base para formar
una sal y
desprender agua.
Desplazamiento
Un átomo
sustituye a otro en
una molécula
CuSO4
Intercambio o doble
desplazamiento
Se realiza por
intercambio de
átomos entre las
sustancias que se
relacionan
K2S
Sin transferencia de
electrones
Se presenta
solamente una
redistribución de
los elementos
2CaO(s)
2HgO(s)
+
→
H2O(l)
2Hg(l)
→
+
Ca(OH)2(ac)
O2(g)
H2SO4(ac) 2NaOH(ac)→Na2SO4(ac)+ 2H2O(l)
+
+
Fe
→
+ MgSO4 →
FeSO4 +
Cu
K2SO4
MgS
+
Reacciones de doble desplazamiento
para formar otros
sustancias. No
hay intercambio
de electrones.
Con transferencia de
electrones (REDOX)
Reacción
endotérmica
Reacción exotérmica
Hay cambio en el
número de
oxidación de
algunos átomos
en los reactivos
con respecto a los
productos.
Es aquella que
necesita el
suministro de
calor para llevarse
a cabo.
Es aquella que
desprende calor
cuando se
produce.
Reacciones de síntesis, descomposición,
desplazamiento
2NaH
2C(grafito)
2Na(s) +
+ H2(g)
→
H2(g)
C2H2(g)
ΔH=54.85
kcal
VELOCIDAD DE REACCIÓN
Si se deja un trozo de hierro a la intemperie, éste se enmohece en forma lenta; por el
contrario si se enciende el motor de un automóvil, la combustión de la gasolina se lleva a
cabo inmediatamente.
La rapidez con que las sustancias químicas reaccionan para transformarse en productos,
se conoce como “velocidad de reacción”. La cinética química estudia las velocidades de
reacción y los factores que influyen en ellas.
TEORÍA DE LAS COLISIONES
Para que las sustancias puedan reaccionar, sus átomos, iones o moléculas deben
encontrarse unos con otros, es decir, deben chocar como en el juego de canicas.
Este fenómeno es conocido en química como teoría de las colisiones.
Para que la colisión entre partículas sea efectiva, es necesario que se den ciertas
condiciones, las cuales se detallan a continuación:
a) Frecuencia de colisión: si hay más partículas en los reactivos, estas chocarán con
mayor frecuencia. Asimismo un aumento en la temperatura incrementa el número de
choques entre las partículas.
b) Orientación de la colisión: se refiere a la posición relativa de las partículas, unas con
respecto a otras, tomando en cuenta su geometría. Por ejemplo, si dos canicas
chocan de frente, como son sus caras iguales se encontrarán de cualquier forma, por
el contrario, si se quiere pegar a una bola de ping pong, tendrá que tomarse en cuenta
la orientación de la raqueta con respecto a la pelota. Cabe mencionar que no todas las
colisiones entre reactivos son efectivas. Por lo tanto, no todas originan productos; pero
mientras más colisiones se den, existe una mayor probabilidad de reacción
Examinemos una colisión eficaz y una ineficaz
c) Energía de activación para que dos partículas choquen, deben tener una cantidad
determinada de energía cinética. La mínima energía cinética que la partícula debe poseer
para reaccionar se llama energía de activación, (Ea), la cual depende del tipo de molécula
participante.
Las reacciones rápidas tienen poca energía de activación (Ea). Las reacciones lentas tienen
energía de activación (Ea) grande
FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN
La velocidad con que reaccionan las sustancias depende en gran medida de los siguientes
factores:
1. Concentración de los reactantes
De igual forma que en un estadio lleno los choques entre personas podrían ser más
frecuentes, en las sustancias más concentradas habrá más colisiones. Cuando hay más
moléculas en los reactantes, hay más volumen. Por tanto ocurrirán más colisiones en un
determinado tiempo y la velocidad de reacción será mayor.
2. La temperatura
De acuerdo a la cinética molecular, la velocidad de reacción es mayor cuando las
temperaturas son altas. Por el contrario, si reduce la temperatura, disminuye la velocidad de
reacción.
Por ejemplo, un huevo se cocinará más rápido, si se expone a altas temperaturas. De otra
manera al colocar los alimentos en el refrigerador a bajas temperaturas, retardamos el
proceso de descomposición de los alimentos. A nivel molecular esto se explica así: las
moléculas de una sustancia se desplazan con más rapidez al incrementar la temperatura, por
tanto sus partículas aumentan su energía cinética y chocan con mayor frecuencia.
3. Presencia de catalizadores
Un catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin que
se consuma en la reacción. Por tanto, la masa del catalizador permanece constante.
La acción de un catalizador es específica. Esto significa que cada uno sirve para
determinada reacción.
Los catalizadores tienen gran importancia en la industria química. Por ejemplo, en los
automóviles se utilizan los convertidores catalíticos para reducir la contaminación ambiental
causada por la emisión de gases durante la combustión.
¿Existen catalizadores para las reacciones en los seres vivos?
Los catalizadores son indispensables para que la mayoría de reacciones bioquímicas dentro
de los organismos vivos se lleven a cabo. Los catalizadores biológicos se conocen como
enzimas.
Enzimas digestivas
Las principales enzimas que actúan en los procesos digestivos y los órganos que las
producen aparecen en el siguiente cuadro:
Nombre de la enzima
Órgano que la produce
Nutriente sobre el que actúa
Ptialina
Glándulas salivales de la boca
Los almidones
Lactasa
Intestino
La lactosa de la leche
Lipasa
Páncreas
Las grasas
Pepsina
Estómago
Las proteínas
Amilasa
Estómago y el páncreas
Los almidones y los azúcares
4. Naturaleza de los reactantes
En los sólidos la velocidad de reacción se incrementa al partirlos en pedazos. Esto sucede
porque aumenta la superficie de contacto entre el sólido y los otros reactivos. Por tanto,
también se incrementa el número de colisiones entre las partículas. Esto se puede observar
al encender carbón. Comprobarás que arde más rápidamente si está partido en pedazos
pequeños.
Cuando los reactivos están disueltos, se encuentran en estado iónico o molecular. Hay
mayor contacto directo.
En el estado gaseoso, las moléculas se encuentran más separadas y por ello la posibilidad
de contacto entre partículas es muy baja.
BALANCEO DE ECUACIONES
¿Qué información nos da una ecuación química balanceada?
Una ecuación química representada por símbolos nos indica las cantidades proporcionales
de las sustancias participantes en la reacción.
A nivel atómico, se podría afirmar que en una reacción química ningún átomo se gana ni se
pierde; la materia se conserva. Es por eso que en una ecuación química balanceada, el
número de átomos de cada elemento en los reactivos debe ser igual al número de átomos de
los productos. Es decir, deben estar balanceados
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 numero
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
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
+
H2
→
2NH3
La ecuación ha quedado equilibrada. El número de átomos de cada elemento es el mismo en
reactivos y productos.
2. MÉTODO DE OXIDO REDUCCIÓN
Para utilizar éste método es necesario tener en cuenta que sustancia gana electrones y cual
los pierde, además se requiere manejar los términos que aparecen en la siguiente tabla:
BALANCEO DE ECUACIONES
CAMBIO EN
ELECTRONES
CAMBIO DE
NÚMERO DE
OXIDACIÓN
Oxidación
Perdida
Aumento
Reducción
Ganancia
Disminución
Agente oxidante ( sustancia que se
reduce)
Gana
Disminuye
Agente reductor ( sustancia que se
oxida)
Pierde
Aumenta
como los procesos de oxido-reducción son de intercambio de electrones, las ecuaciones
químicas estarán igualadas cuando el número de electrones cedidos por el agente oxidante
sea igual al recibido por el agente reductor. El número de electrones intercambiados se
calcula fácilmente, teniendo en cuenta la variación de los números de oxidación de los
elementos.
El mecanismo de igualación por el método de óxido-reducción es el siguiente:
(a) Se escribe la ecuación del proceso. Se determina qué compuesto es el oxidante y el
reductor, y qué átomos de estos compuestos son los que varían en su número de
oxidación.
Mn+4O2-2
+
H+1 Cl-1
→
Mn+2Cl2-1
+
Cl20
+
H2+1O2
(b) Se calcula el número de oxidación de cada uno de estos átomos, tanto en su forma
oxidada como reducida y se procede a escribir ecuaciones iónicas parciales.
Mn+4
2Cl-1
+
+
2e2e-
→ Mn+2
→ Cl20
(c) Se establecen los coeficientes mínimos del oxidante y del reductor, de tal forma que el
número total de electrones ganados y perdidos sea el mismo; para ello multiplicamos en las
ecuaciones iónicas el número de electrones por los factores adecuados.
(d) Se asignan como coeficientes de las sustancias afectadas en la ecuación, los factores
que se utilizaron para que el número de electrones sea igual.
MnO2
+
2HCl
→
MnCl2
+
Cl2 + H2O
(e) Por último el balanceo se determina por el método de inspección o ensayo y error.
MnO2
+
4HCl
→
MnCl2
+
Cl2 + 2H2O-
EJEMPLO:
 Balancear la ecuación de oxidación-reducción siguiente por el método de la variación
del numero de oxidación
(1) El N sufre una variación en el estado de oxidación de +5 en el NO3 a +2 en el NO. El S
sufre un cambio en el número de oxidación de -2 en H2S a 0 en S.
(2) El esquema de igualación de electrones es como sigue:
N+5
+
3e-
→
N+2
S-2
→
S0
( cambio de -3)
+
(2a)
2e- ( cambio de +2)
(2b)
(3) Para que el número de electrones ganados sea igual al de los perdidos, se multiplica la
ecuación (2a) por 2,y la ecuación (2b) por3
2N+5
+
→
→
6e3S-2
6N+2
3S0
+
(3a)
(3b)
6e-
(4) Por tanto, el coeficiente del HNO3 y del NO es 2, y el del H2S y S es 3. en forma parcial, la
ecuación esquemática es la siguiente;
2HNO3
+ 3H2S
→
2NO
+
3S
(4a)
(5) Ajuste de H y O. Los átomos de H de la izquierda en la ecuación (4a) (2 de HNO3 y 6 del
H2S) deberán formar 4H2O en la derecha de la ecuación. la ecuación final será:
2HNO3
+ 3H2S
→
2NO
+
3S
+
4H2O
(4a)
3. MÉTODO ALGEBRAICO
Para utilizar este método se aplica el álgebra, considerando los siguientes puntos:
a) A cada fórmula de la ecuación se le asigna un literal que se convertirá en las variables
de la ecuación y a la flecha de reacción, el signo igual.
Balancear la siguiente ecuación que se refiere a la reacción del sulfuro de hierro con el
oxígeno produciendo trióxido de hierro dióxido de azufre.
A
+
B
+
O2
FeS
=
C
→
sulfuro de hierro + oxígeno
Fe2O3
+
D
+
SO2
trióxido de hierro + dióxido de azufre
b) Escribir los elementos y para cada uno de ellos establecer la cantidad de átomos de
reactivos y productos que hay con respecto a la variable, así:
Fe: A= 2C;
S: A= D;
O: 2B = 3C + 2D
Nuestras ecuaciones con respecto a las variables asignadas son:
A = 2C;
A = D;
2B = 3C + 2D
c) Utilizando estas ecuaciones, se asigna un valor a cualquier letra de tal forma que nos
permita resolver alguna de las ecuaciones, en este caso le daremos el valor de 2 a la
letra C, y obtendremos los siguientes valores:
si C = 2, entonces:
A = 2C
A = 2 ( 2)
A=4
Como A= D; entonces D = 4
Ahora obtenemos el valor de B, sustituyendo los valores de C y D en la ecuación:
2B = 3C +2D
2B = 3( 2 ) + 2 ( 4)
2B = 6 + 8
B = 14/ 2
B=7
d) Teniendo todos los valores de las variables, se escribirán como coeficientes en los
reactivos y productos como se asignaron al comienzo del ejercicio
4FeS
+
7O2
→
2Fe2O3
+
4SO2
e) Hacemos un conteo de átomos, verificando que la ley de conservación de la materia
se cumpla.
Investiga la importancia de las siguientes reacciones de óxido reducción en la vida
cotidiana. Identificando en cada una de ellas el agente oxidante y el agente reductor:
a) La fotosíntesis
b) La respiración
c) La oxidación del metano
d) La combustión de la gasolina