reacciones químicas - OB Ciencias Experimentales

REACCIONES QUÍMICAS
Sabemos
que la materia experimenta cambios químicos cuando cambia su estructura o composición, en
nuestro entorno ocurren constantemente estos cambios (combustión de la gasolina en un automóvil, el
crecimiento de las plantas, elaboración de alimentos, etc.) Los cambios o transformaciones químicas que
experimentan las sustancias reciben el nombre de reacciones químicas, estas transformaciones las podemos
evidenciar al observar un cambio de color, la formación de un sólido (precipitado), la producción de un gas o
calor, etc. Cuando la materia experimenta un cambio químico se parte de un “estado inicial” llamado reactivo;
una vez realizado el cambio se llega al “estado final”, denominado producto.
A
+
B
C
Reactivos
+
D
Productos
En el lenguaje químico, una reacción química se representa mediante una ecuación química, que es una forma
abreviada para describir una reacción química por medio de símbolos y fórmulas.
SIMBOLOGÍA UTILIZADA EN LAS ECUACIONES QUÍMICAS
La simbología utilizada en las ecuaciones químicas nos proporciona información, la cuál hay que saber
interpretar.
Δ
2HgO
2Hg
+
O2
2HCl(ac) +
SIMBOLO
+
ZnS(s)
ZnCl2 (ac)
SIGNIFICADO
Reactivos – “reacciona con”
Productos – separación de 2 sustancias
Produce
Separa a reactivos de productos.
Indica una reacción reversible
+
H2S
UBICACIÒN
Entre 2 sustancias
Entre reactivos y productos
Entre reactivos y productos
Equilibrio entre reactivos y productos
(s), (l), (g)
(ac)
Δ
Estado físico de la sustancia
Indica que el reactivo o producto está en
solución acuosa
Si la reacción absorbe o desprende
calor.
Δ (absorbe) ,
C + Δ
(desprende)
Sólido o precipitado que se forma
Gas que se desprende
MnO2
Indica la presencia de un catalizador
Sustancia que modifica la velocidad de
reacción
Subíndice de la sustancia
Subíndice de la sustancia
Arriba, abajo o
o después de la flecha
Solo en los productos.
Lado derecho de la sustancia o
elemento
Solo en los productos.
Lado derecho de la sustancia o
elemento
Arriba o debajo de la flecha.
CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES
A las reacciones químicas se les agrupa o clasifica de varias formas, dependiendo de la condición o
característica que se tome en cuenta.
REACCIONES DE PRECIPITACIÓN
Es un tipo común de reacción en disolución acuosa que se caracteriza por la formación de un producto insoluble
o precipitado.
Un precipitado, es un sólido insoluble que se separa de la disolución. En las reacciones de precipitación por lo
general participan compuestos iónicos.
Generalmente los metales de transición más pesados y más conocidos en la tabla periódica son las que forman
precipitados (Au, Ag, Pb, Hg).
PbNO3(ac)
+
2 NaI(ac)
PbI2(s)
+
2 NaNO3(ac)
REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN
Las reacciones entre ácidos y bases se denominan reacciones de neutralización; mediante éstas sus
propiedades se nulifican o neutralizan (del latín neuter = ninguno), de tal forma que los productos de estas
reacciones no tienen las propiedades características ni de las soluciones ácidas, ni de las básicas.
Generalmente, en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y sal generándose un desprendimiento de
calor.
En estas reacciones un compuesto de naturaleza básica reacciona con uno de naturaleza ácida:
Ácido
+
Base
Sal
+
Agua
HCl(ac)
+
NaOH(ac)
NaCl(ac)
+
H2O(ac)
H2SO4
+
KOH
Na2SO4
+
H2O
Óxido Ácido
+
Base
Sal
+
Agua
+
NaOH
Na2SO3
+
H2O
+
Ácido
Sal
+
Agua
+
HNO3
Cu(NO3)2
+
H2O
+
Óxido Ácido
+
SO3
SO3
Óxido Básico
CuO
Óxido Básico
CuO
Sal
CuSO4
REACCIONES DE OXIDACIÓN - REDUCCIÓN
En este tipo de reacciones el evento químico clave es el movimiento neto de electrones de un reactivo a otro,
se consideran como reacciones de transferencia de electrones. Tal movimiento de un electrón con carga
eléctrica negativa ocurre en la formación de compuestos iónicos y covalentes.
0
C
+
0
O2
+4 -2
CO2
REACCIONES DE COMBUSTIÓN
Cuándo una sustancia se combina con el oxígeno, se dice que sufre una combustión.
C(s)
+
O2
CO2(g)
Todas las reacciones de combustión son procesos redox.
Las reacciones de combustión que usamos para producir energía implican mezclas orgánicas como carbón,
gasolina o gas natural como reactivos. Estas mezclas consisten en sustancias con muchos enlaces CarbonoCarbono y Carbono-Hidrógeno. Durante la reacción, estos enlaces se rompen, y cada átomo de C e H se
combina con oxígeno. Por tanto, los productos típicamente consisten de CO2 y H2O, acompañados de la
liberación de grandes cantidades de luz y calor, a menudo como flama.
A continuación se muestra la reacción de combustión del Metano.
CH4(g)
+
Hidrocarburo (metano)
O2(g)
CO2(g)
+
Oxígeno
Bióxido de Carbono
H2O(l)
Agua
La combustión del hidrocarburo Butano, que se usa en los encendedores, es típica:
C4H10 (g)
+
Hidrocarburo (Butano)
O2 (g)
CO2 (g)
+
Oxígeno
Bióxido de Carbono
H2O (l)
Agua
POR LA FORMA DE PRODUCIR SUSTANCIAS
Podemos clasificar a las reacciones de acuerdo a la forma de producir sustancias. Cuándo comparamos el
número de reactivos y productos, se presentan cuatro tipos de reacciones:
REACCIONES DE SÍNTESIS O COMBINACIÓN
Son aquéllas en las cuáles se combinan dos o más reactivos para formar un producto.
A
+
B
C
Como ejemplos tenemos la formación de una base, ácido o un óxido.
Metal
Hg
+
+
Oxigeno
O2
Óxido Metálico
HgO
Óxido Metálico
HgO
+
+
Agua
H2O
Base o Hidróxido
Hg(OH)2
No Metal
C
+
+
Oxigeno
O2
Anhídrido
CO2
Anhídrido
CO2
+
+
Agua
H2O
Oxiácido
H2CO3
REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN
Son la inversa de las reacciones de síntesis, es este caso el reactivo absorbe la suficiente energía para romper
enlaces y descomponerse en dos o más productos.
Δ
C
A
+
B
A. DESCOMPOSICIÒN TÉRMICA
Cuándo la energía absorbida es calor, la reacción es una descomposición térmica.
Una delta (Δ), arriba de la flecha de producción indica que se requiere calor para la reacción.
Δ
HgO(s)
Hg
+
O2
B. DESCOMPOSICIÓN ELECTROLÍTICA
La mayoría de los compuestos que absorben energía eléctrica se descomponen en sus elementos por el
proceso de electrólisis.
Electricidad
MgCl2
Mg
+
Cl2
REACCIONES DE SUSTITUCIÓN O DESPLAZAMIENTO SIMPLE
Son aquéllas en la que un elemento desplaza a otro que se encuentra formando parte de un compuesto.
Este tipo de reacciones tienen el mismo número de reactivos y de productos.
Ocurren cuándo un átomo (o ión) en un compuesto es desplazado por otro átomo (o ión).
A
+
BC
AB
+
C
El elemento que desplaza es un metal o halógeno, el cuál debe ser más activo que el desplazado.
Uno de los productos característicos de estas reacciones es el Hidrógeno.
1.
2.-
Un metal desplaza H2 del agua o de un ácido.
Al(s)
+
HClac)
AlCl3
+
H2
Al(s)
+
HOHac)
Al(OH)3
+
H2
Cu (s)
+
FeSO4 (ac)
Br2 (l)
+
KCl (ac)
Un metal desplaza otro ión metálico de una sal.
Fe(s)
3.-
+
CuSO4 ac)
Un halógeno desplaza un ión haluro de la solución.
Cl2 (g)
+
KBr (ac)
REACCIONES DE DOBLE SUSTITUCIÓN, DESPLAZAMIENTO Ó METÁTESIS
En este tipo de reacciones existe una sustitución doble de un elemento por otro, es decir, dos compuestos
intercambian sus constituyentes para formar nuevos compuestos.
AB
+
CD
AD + BC
Las reacciones de precipitación y ácido-base son los ejemplos más importantes de reacciones de metátesis.
Cabe hacer notar, que en estas reacciones al no sufrir ningún átomo cambio alguno en su número de oxidación,
no son consideradas como procesos redox.
AgNO3(ac)
+
KBr(ac)
AgBr(s) +
KNO3(ac)
Rx de Precipitación
HCl
+
NaOH
NaCl
H2O
Rx Ácido - Base
+
POR SI SON FORZADAS O NO
Si tomamos en consideración que las reacciones pueden ser forzadas o no para que se lleven a cabo, estas se
dividen en:
REACCIONES ESPONTÁNEAS
Son aquéllas reacciones que ocurren espontáneamente, es decir, no es necesario utilizar alguna sustancia
externa para que se realice la reacción.
H2
+
O2
H2O
REACCIONES CATALÍTICAS
Son aquéllas reacciones dónde es necesario recurrir a otras sustancias químicas, que sirven para iniciar,
acelerar o retardar la velocidad de reacción.
Hay muchas situaciones en las cuáles la velocidad de reacción debe de incrementarse para que sea útil. En un
proceso industrial, por ejemplo, una velocidad alta a menudo determina si un nuevo producto puede fabricarse
económicamente. Algunas veces podemos acelerar una reacción lo suficiente con un aumento de la
temperatura, pero la energía es costosa y muchas sustancias son sensibles al calor y se descomponen
fácilmente.
Alternativamente, a menudo, podemos utilizar un catalizador.
Aún la célula bacteriana más simple emplea miles de catalizadores biológicos, conocidos como enzimas, para
acelerar sus reacciones celulares. Todo organismo depende de las enzimas para sustentar la vida. Un
catalizador es una sustancia que modifica la velocidad de una reacción química sin ser consumida, es decir no
interviene ni como reactivo ni como producto; generalmente acelera las reacciones de forma directa e inversa.
Una reacción con un catalizador no produce más producto, pero sí lo forma más rápido.
A la acción de catalizar se le llama catálisis.
MnO2
2 H2O2
O2
+
2 H2O
POR EL SENTIDO DE LA REACCIÓN
De acuerdo con el sentido en que se llevan a cabo las reacciones químicas, pueden clasificarse como:
REACCIONES IRREVERSIBLES
Estas reacciones ocurren en un solo sentido hasta que finalizan. Se simbolizan usando una flecha que indica el
sentido en que se realizan.
Es común que en este tipo de reacciones se formen compuestos insolubles que precipiten, gases que escapan,
o algún compuesto no ionizado, esto ocasiona que los productos formados no puedan, bajo condiciones
normales, reaccionar e integrar nuevamente los reactivos originales.
2 HgO
2 Hg (l)
+
O2 (g)
REACCIONES REVERSIBLES
Estas reacciones ocurren en ambos sentidos simultáneamente, y se llevan a cabo debido a que los productos
formados en la reacción, vuelven a reaccionar entre sí originando nuevamente los reactivos originales, lo cual
significa que la reacción se lleva a cabo en ambos sentidos hasta alcanzar el equilibrio.
Este equilibrio se alcanza cuando la reacción se desarrolla hacia la derecha a la misma velocidad que hacia la
izquierda, manteniendo constante la concentración de los reactivos y productos. Se representan usando dos
flechas con sentidos contrarios.
Equilibrio
NH3
+
H2O
NH4OH
POR SI ABSORBEN O DESPRENDEN CALOR
Las reacciones dependiendo si absorben o desprenden energía en forma de calor se clasifican en:
REACCIONES EXOTÉRMICAS
Son aquéllas en las cuáles se desprende o se libera calor.
HCl
+
NaOH
NaCl
+
H2O
Δ
+
Las reacciones entre un ácido y una base (neutralización), generalmente producen sal y agua con
desprendimiento de calor. Dentro de esta clasificación tenemos también a las reacciones de combustión, como
el proceso llevado a cabo durante la respiración celular, en el cual quemamos los productos alimenticios
orgánicos, como la Glucosa, por energía:
C6H12O6 (s)
(Glucosa)
+
6 O2 (g)
6 CO2 (g)
+
H2O (g)
+
Energía
REACCIONES ENDOTÉRMICAS
Son aquéllas que para efectuarse necesitan de un suministro de calor, es decir los compuestos toman energía
de los alrededores.
Δ
CaCO3
CaO
+
CO2
Muchas reacciones químicas son fácilmente reversibles, es decir, una vez formado el producto, éste se
descompone para generar nuevamente a los reactivos.
A
+
B
C
+
D
Por lo tanto, cualquier proceso que sea exotérmico en una dirección es siempre endotérmico en la dirección
opuesta y viceversa.
CARACTERÍSTICAS Y EJEMPLO
Reacción de
Precipitación
CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
TOMANDO EN
CUENTA UNA
CARACTERÍSTICA
O PROPIEDAD
Reacción de
neutralización
Reacción de
oxidaciónreducción
Reacción de
combustión
Reacción de
síntesis o
combinación
Electrolítica
POR LA FORMA
DE PRODUCIR
SUSTANCIAS
Reacción de
descomposición
Térmica
Reacción de
sustitución o
desplazamiento
simple
Reacción de
doble
sustitución,
desplazamiento
o metátesis
Espontáneas
POR SI SON
FORZADAS O NÓ
Catalíticas
Reversibles
POR EL SENTIDO
DE LA REACCIÓN
Irreversibles
POR SI
ABSORVEN O
DESPRENDEN
CALOR
Exotérmicas
Endotérmicas