MODULO V

 

REACCIONES QUÍMICAS

https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fconcepto.de%2Freaccion-quimica

Cambios físicos:

son modificaciones o transformaciones que se producen en cualquier materia pero que no implican una modificación.

Ejemplo:

• Cristalización
• Magnetismo
• mezclas
• Disoluciones
• separación de sustancias en mezclas disoluciones.

Cambios químicos: 

Es la alteración en la materia que modifica su constitución química, o sea, que altera su naturaleza y no solamente su forma.

¿ QUE ES UNA REACCIÓN QUÍMICA?

suceden cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos. 

Las sustancias que participan en una reacción química se conocen como los reactivos, y las sustancias que se producen al final de la reacción se conocen como los productos. 

https://portalacademico.cch.unam.mx/sites/default/files/q1u1oa6p04e01.jpg

Ejemplo:

 La reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno ($\text{H}_{2}$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) en agua y oxígeno se puede escribir de la siguiente manera:

$2 \text{H}_{2}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript$\text{O}_{2} \text{(peróxido de hidrógeno)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, p, e, r, o, with, \', on top, x, i, d, o, space, d, e, space, h, i, d, r, o, with, \', on top, g, e, n, o, right parenthesis, end text $\rightarrow$right arrow $2\text{H}_{2}\text O \text{(agua)}$2, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start text, left parenthesis, a, g, u, a, right parenthesis, end text + $\text{O}_{2}\text{(oxígeno)}$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, left parenthesis, o, x, ı, with, \', on top, g, e, n, o, right parenthesis, end text

En este ejemplo, el peróxido de hidrógeno es nuestro reactivo, y se descompone en agua y oxígeno, nuestros productos. Los átomos que comenzaron en las moléculas de peróxido de hidrógeno se reacomodaron para formar moléculas de agua ($\text{H}_{2}\text O$start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text) y oxígeno ($\text O_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript).

BALANCEO DE ECUACIONES: Las ecuaciones deben estar balanceadas para reflejar la ley de la conservación de la materia, que dice que no se crean ni se destruyen átomos durante el curso de una reacción química normal.

De está manera manera al no tener nuestra ecuación balanceada agregamos un coeficiente por delante del elemento, este será multiplicado por el subíndice y así lograr balancear entre reactivos y productos nuestra reacción química.

https://es-puraquimica.weebly.com/balance-de-ecuaciones.html

CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

• Las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente.
• La reacción puede ser exotérmica (libera energía) o endotérmica (absorbe energía)
• Pueden ser reversibles o irreversibles: si los productos pasan a ser reactantes, se dice que la reacción es reversible. Si en cambio, cuando los productos no vuelven a formar los reactantes que les dieron origen, se habla de reacciones irreversibles.

Podemos determinar que al ocurrir una reacción:

• Formación de un precipitado
• cambio de temperatura
• Formación de algún gas
• cambio de olor/color

REGLAS DE ECUACIONES QUÍMICAS.

1.      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.   S + O2 (g) ­­à SO2 (g)

2.     Toda ecuación de ser equilibrada/balanceada. Para ello    utilizamos un coefiente que indica el número relativo de átomos y moléculas que intervienen en la reacción. *LOS SUBINDICES NO PUEDEN SER MODIFICADOS BAJO NINGUNA CIRSCUNSTANCIA

3.     Para realizar una reacción química utilizamos símbolos para saber el estado en que se encuentran las sustancias o si se encuentran en una disolución. (s)­: sólido  ↓ (metal): Elemento metalico (l): liquido (g): gas ↑ (ac): disolución acuosa

TIPOS DE REACCIONES

REACCIÓN DE SÍNTESIS O COMPOSICIÓN

En este tipo de reacciones químicas se combinan dos o más sustancias para formar un único compuesto.

A + B --> A B

Ejemplo:

• Algunas reacciones de síntesis se dan al combinar un óxido básico con agua, para formar un hidróxido, o al combinar el óxido de un no metal con agua para producir un oxi-ácido.
• Otras reacciones de síntesis se dan al combinar un no metal con hidrógeno, para obtener un hidrácido.

1. Na₂O_(s) + H₂O_(l) → 2Na(OH)_(ac)
2. SO_3(g) + H₂O_(l) → H₂SO_4(ac)
3. CaO_(s) + H₂O_(l) → Ca(OH)_2(ac)

REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN O ANALÍSIS

Las reacciones de descomposición son aquellas en las que un compuesto concreto se descompone y divide en dos o más sustancias.

A B --> A + B

Ejemplo:

la electrólisis del agua, separándose el agua en hidrógeno y oxígeno.

1. H₂O _( l) → 2 H_2 (g) + O_2 (g)
2. 2KClO_(s) → 2KCl_(s) + O_2(g)

REACCIÓN DE DESPLAZAMIENTO SIMPLE 

Uno de los tipos de reacción química en que un elemento de un compuesto pasa a otro debido a su interacción. En este caso el elemento traspasado se ve atraído por el otro componente, que debe tener mayor fuerza que el compuesto inicial.

A B + C --> AC + B

A B + C --> CB + A

Ejemplo:

1. 2 NaI + Br₂ → 2 NaBr + I₂ 
2. 2 HCl + Zn → Cl₂Zn + H₂

*Debemos recordar que un metal de un compuesto también puede ser desplazado por otro metal en estado libre. Una forma sencilla de predecir si en realidad va a ocurrir una reacción de desplazamiento de un metal o de hidrógeno, es referirse a una serie de actividad.

puede desplazarse en un compuesto a cualquier elemento que esté por debajo de él.

REACCIÓN DE METÁTESIS

A veces llamada reacción de doble reemplazo o reacción de doble desplazamiento, es un proceso químico que implica el intercambio de enlaces entre dos especies químicas que reaccionan, lo que resulta en la creación de productos con afiliaciones de enlace similares o idénticas.

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

A B + C D --> A D + C B

cation anión + catión anión --> catión anión + catión anión

Ejemplo:

$\greenD{\text{BaCl}_2} (ac) +\maroonD{ \text{Na}_2 \text{SO}_4} (ac)\rightarrow \greenD{\text{Ba}}\maroonD{\text{SO}_4} (s)+ 2\maroonD{\text{Na}}\greenD{\text{Cl} }(ac)$

Precipitación: Sucede cuando dos compuestos iónicos acuosos forman un nuevo compuesto iónico que no es soluble en agua.

Ejemplo: 

 La reacción entre el nitrato de plomo(II) y el yoduro de potasio.

Pb(NO3​)2​(ac)+2KI(ac)→2KNO3​(ac)+PbI2​(s)

Neutralización: Son un tipo de reacciones de desplazamiento doble que ocurre entre un ácido y una base.

Ejemplo:

$\blueD{\text H} \text F (ac)+\text{Na}\blueD{\text{OH}} (ac)\rightarrow \blueD{\text H_2 \text O} + \text{NaF}(ac)$start color #11accd, start text, H, end text, end color #11accd, start text, F, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis, plus, start text, N, a, end text, start color #11accd, start text, O, H, end text, end color #11accd, left parenthesis, a, c, right parenthesis, right arrow, start color #11accd, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, end color #11accd, plus, start text, N, a, F, end text, left parenthesis, a, c, right parenthesis

$ácido + base \rightarrow \text H_2 \text O + sal$a, with, acute, on top, c, i, d, o, plus, b, a, s, e, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, plus, s, a, l

Una reacción acuosa de neutralización generalmente produce agua y un compuesto iónico nuevo, también conocido como sal.

Formación de gases: Es cuando los productos aparece el ácido carbónico o ácido sulfuroso, esto se descomponen en agua y dioxido de carbono.

Ejemplo: 

Ácido sulfuroso = agua y dioxido de carbono.

Na2 CO3 (ac) + 2HCl(ac) --> 2NaCl (ac) + H2CO3 --> 2 NaCl (ac) + H2O(l) + CO2 ↑

REACCIONES DE COMBUSTIÓN

Un tipo de oxidación extremadamente rápida y enérgica, en el que una sustancia orgánica reacciona con oxígeno. Esta reacción genera energía (generalmente calorífica y lumínica) y puede generar llamas y que suele tener como resultado un producto en forma de gas. 

Ejemplo:

Combustión gas metano

CH4 + 2O2 → 2H2O + CO2

ECUACIÓN MOLECULAR

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

*Aclara la identidad de los reactivo --> productos

*No describe con exactitud, lo hace en forma general.

Ejemplo:

NaCl(ac)+AgNO3​(ac)→NaNO3​(ac)+AgCl(s)
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.

ECUACIÓN IÓNICA

Podemos determinar que es la descripción de cada especie disuelta como iones libre.

Los compuestos iónicos solubles se separan en cationes y aniones que los componen, ácidos fuertes y bases fuertes deben escribirse como iones disociados en la ecuación iónica completa.

Na+(ac)+Cl−(ac)+Ag+(ac)+NO3−​(ac)→Na+(ac)+NO3−​(ac)+AgCl(s)

A las especies iónicas tales como $\purpleC{\text{Na}^+}$start color #aa87ff, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #aa87ff y $\greenD{\text{NO}_3^-}$start color #1fab54, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript, end color #1fab54 que no cambian durante la reacción se les llama iones espectadores. 

Podemos cancelar los iones espectadores de nuestra ecuación iónica completa ya que aparecen en ambos lados de la ecuación, similar a como cancelamos elementos iguales en ambas partes de una ecuación matemática.

Na+(ac)+Cl−(ac)+Ag+(ac)+NO3−​(ac)→Na+(ac)+NO3−​(ac)+AgCl(s)

ECUACIÓN IONICA NETA

La ecuación iónica neta, incluye solamente las especies involucradas en la reacción química:

Cl−(ac)+Ag+(ac)

ELECTROLITOS Y NO ELECTROLITOS

Solubilidad

Disolución: Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.

pueden ser: 

• solida
• Liquida 
• gaseosa

Soluto:Es la sustancia presente en menor cantidad en una disolución.

Disolvente: Es la sustancia que está en mayor cantidad en una disolución.

https://www.lifeder.com/wp-content/uploads/2021/02/Soluto-y-solvente-esquema-lifeder.jpg

Disolución Acuosa: Son aquellas disoluciones en las que el disolvente es el agua. El soluto inicialmente es un sólido o líquido.

¿QUE ES SOLUBILIDAD?

la capacidad que posee determinada sustancia para disolverse en otra y formar un sistema homogéneo, a una temperatura en especifico.

se clasifican en:

• Solubles
• ligeramente solubles
• insolubles

Las reglas generales de solubilidad, es decir, como darnos cuenta cuando un compuesto es soluble o no en agua.

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/tabladesolubilidad_19076.pdf

Estas reglas de solubilidad son importantes cuando estamos frente a una reacción química para saber si se formará o no una sustancia que precipite (insoluble) o no.

Veremos algunos ejemplos de reacciones moleculares y iónicas.

Hidróxido de sodio  +  Cloruro de Aluminio  >  Cloruro de sodio  +  Hidróxido de Aluminio

NaOH  +  AlCl3  >  NaCl  +  Al(OH)3

Na+  +  3 OH–  +  Al+3  +  3 Cl–      >    Na+  +  Cl–  +  Al(OH)3

El hidróxido de aluminio en la ecuación iónica sigue apareciendo como molecular por ser un precipitado. Según las reglas expuestas anteriormente es insoluble.

SUSTANCIAS ELECTRÓLITICAS:

Son todas aquellas en las que el soluto se encuentra disuelto formando iones, es decir que se asocian entre sí, y por está razón son capaces de conducir energía.

Un electrolito se disuelve en agua estos pueden ser débiles o fuertes al conducir electricidad es llamado electrolito debido a su formación de iones o disociados en un medio acuoso, al que no conduce electricidad es no electrolito ya que no es capaz de formar iones.

Estos pueden ser: 

Electrolito fuerte: Es toda sustancia que al disolverse en agua, provoca exclusivamente la formaciones de iones con una reacción de disoluciones prácticamente irreversibles.

Ejemplo:

• KNO3 -> K+ + NO-
•  NaOH -> Na+ + OH- 
• H2SO4 -> 2H+ + SO4-2

*solubles en agua

ÁCIDOS FUERTES: 

HCl	HNO3
HBr	HClO4
HI	HBrO3
H2SO4

 

*HIDROXIDOS DE METALES ALCALINOS Y ALCALINOTERREOS

comúnmente los electrolitos existen como soluciones ácidos, bases o sales. Más aún, algunos gases pueden comportarse como electrolitos bajo condición de alta temperatura o baja presión. Las soluciones de electrolitos se forman normalmente cuando una sal se coloca en un solvente tal como el agua, los componentes individuales se disocian debido a las interacciones entre las moléculas del solvente y el soluto, es un proceso denominado solvatación.

Electrolitos débiles: Es una sustancia que al disolverse en agua, produce iones parcialmente, es decir que coexisten los iones y la forma molecular es un equilibrio dinámico.

Un ejemplo de electrolito muy débil es el carbonato de calcio, que se disuelve en muy pequeña proporción en agua, de forma que se puede idealizar que es insoluble.

*Dicho proceso de ionización viene establecido por un equilibrio de hidrólisis, en el cual se forman iones tales como el H3O+ u OH–.

Ejemplo: 

• ACIDO CARBONICO: H2CO3 + H2O ⇌ HCO3– + H3O+
• AMONIACO NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH–
• ÁCIDO FOSFORICO: H3PO4+ H2O ⇌ H2PO4– + H3O+

*Se carcaterizan por ser  compuestos covalentes.

*LA MAYORIA SON ÁCIDOS Y BASES.

Las sustancias no electrolíticas tienen enlaces covalentes no polares que mantienen su individualidad al no ser disociadas por la acción de fuerzas electrostáticas.

Algunas sustancias con enlaces covalentes polares no conducen la corriente eléctrica mientras se encuentran en estado sólido, líquido o gaseoso. Pero si se forma una solución acuosa, disolviéndolas en agua, conducen la corriente eléctrica, lo que indica que se han formado iones.

Algunas reglas que debemos tomar en cuenta para diferenciar si nuestro compuesto es electrolito o no electrolito son: 

REGLAS	EXCEPCIONES
·       Mayoría de ácidos son electrolitos débiles ·       Mayoría de bases o hidróxidos son débiles ·       Mayoría de sales son electrolitos fuertes ·       No electrolitos: Son compuestos con enlace, covalente y apolares. ·       El agua es un electrolito débil.	HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, HClO3, HClO4, HBrO3, son electrolitos fuertes.   Hidróxidos Alcalinos y alcalinotérreos: (Li, Na, K, Ca, Sr, Ba) Son electrolitos fuertes.

Fuentes Bibliograficas:

• Baldor, F. A.; Baldor, F. J. (2002). Nomenclatura química inorgánica. México D. F.: Selector.
• Birkholz, M. (2014). Modeling the Shape of Ions in Pyrite-Type Crystals. Crystals. 4 (3): 390 - 403.
• Física y Química 4 ESO, pag 214 en Google libros
• "Types of Chemical Reactions: Single- and Double-Displacement Reactions (Tipos de reacciones químicas: reacciones de desplazamiento sencillo y doble)" de Beginning Chemistry, CC-BY-NC-SA 3.0