Reacciones químicas

Las reacciones químicas son el proceso de arreglo de átomos y enlaces cuando sustancias químicas entran en contacto. Las propiedades químicas cambian al alterar el arreglo de los átomos en esa sustancia.

Las sustancias químicas que cambian son los reactantes y las nuevas sustancias que se forman o aparecen son los productos:

REACTANTES---- PRODUCTOS

 Las ecuaciones químicas muestran cuales son los reactantes, los productos y otros participantes como catalizadores y energía. Los reactantes se anotan a la izquierda de la flecha que apunta a los productos, de esta forma:

Esto se lee de la siguiente manera: una molécula de gas metano reacciona con 2 moléculas del oxígeno para formar una molécula de dióxido de carbono gaseoso y dos moléculas de vapor de agua.

El oxígeno y el metano son los reactantes, el dióxido de carbono y el agua son productos.

Características de las reacciones químicas

• 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. Por ejemplo, cuando se transforma el azúcar en caramelo al calentarlo, por mas que enfriemos el caramelo es imposible que este vuelva a transformarse en azúcar.
• Los átomos no cambian: en una reacción química, los átomos siguen siendo los mismos, lo que cambia es la forma como están unidos entre ellos.
• La mayoría de la reacciones que ocurren en los organismos tienen lugar en soluciones acuosas, esto es, las sustancias están disueltas en el agua.
• Pueden ser simples, requieren solo un paso para que los reactantes se transforman en productos. Otras reacciones son más complejas, por lo que presentan varios pasos entre reactantes y productos. Entre los pasos, se pueden formar compuestos intermediarios, que no son ni reactantes ni productos.
• La cantidad de átomos en los reactantes es igual a la cantidad de átomos en los productos.

Balancear la ecuación de la reacción química

En una reacción química el número de átomos no cambia: si había 10 átomos de hidrógeno en los reactantes, debe haber 10 átomos de hidrógeno en los productos.

Cuando chequeamos que entre reactantes y productos la cantidad de átomos son iguales, estamos hablando de balancear la ecuación de la reacción. Por ejemplo:

El hidrógeno y el oxígeno son moléculas diatómicas, es decir,

Pero de un lado hay 2 átomos de oxígeno y del otro lado de la flecha hay un solo átomo de oxígeno. Arreglamos esto colocando un 2 delante del agua:

Ahora tenemos dos átomos de oxígeno a la izquierda y dos átomos de oxígeno a la derecha. Colocamos un 2 delante del H₂ de la izquierda y la ecuación queda balanceada:

¿Cómo ocurren las reacciones químicas?

Para que las reacciones se lleven a cabo, los reactantes deben chocar. Se requiere energía para romper las uniones entre átomos y cuando se forman nuevas uniones se libera energía.

La teoría de colisión establece que los choques entre moléculas puede proporcionar la energía necesaria para romper las uniones entre átomos y a su vez generar la energía para formar nuevas uniones

Una reacción exotérmica es aquella donde se libera energía térmica, es decir, los reactantes tienen más energía que los productos. Exo=exterior, libera energía.

Leyes de las reacciones químicas

 

Leyes de las reacciones químicas

Ley de la conservación de la masa (o ley de Lavoisier).

"La materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma"

 

 Ley de las proporciones definidas (ley de la composición constante o ley de Proust)

"Cuando dos o más elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en una relación de masas constante"

 

Ley de las proporciones múltiples (o ley de Dalton)

"Cuando dos elementos se combinan entre sí para formar más de un compuesto, los pesos del elemento que se combina con un peso fijo del otro mantiene una relación de números enteros pequeños"

 

 Ley de los volúmenes de combinación (o ley de Gay-Lussac)

"En una reacción química a presión y temperatura constante, los volúmenes de todas las sustancias gaseosas que intervienen en la misma guardan una relación de números enteros sencillos".

 

CANTIDAD DE SUSTANCIA

 

CANTIDAD DE SUSTANCIA

El tamaño de los átomos, moléculas o iones es extraordinariamente pequeño, y por eso hay una cantidad enorme en una masa tan pequeña como un gramo (¡nada menos que 9,48 10²¹ átomos de Cu en un gramo de Cu!). Precisamente por ser tan pequeños es imposible aislarlos, contarlos o pesarlos.

Fíjate en que cuando se estudian las transformaciones de sustancias, las reacciones químicas, se está hablando continuamente de partículas (una molécula de oxígeno reacciona con dos de hidrógeno para formar dos moléculas de agua). Pero en el laboratorio no podemos contar partículas: lo único que podemos es pesar sustancias y medir volúmenes.

Precisamente se define la magnitud cantidad de sustancia para poder relacionar masas o volúmenes de sustancias, que se pueden medir a escala macroscópica, con el número de partículas que hay en esa cantidad, qué es lo que interesa saber desde el punto de vista de las reacciones químicas y que, como ya sabes, no es posible contar.

masa ↔ cantidad de sustancia ↔ número de partículas

De las siete magnitudes fundamentales que tiene el Sistema Internacional es la única magnitud química, porque las otras seis con físicas (longitud, masa, tiempo, temperatura, intensidad de corriente eléctrica e intensidad luminosa

Su unidad es el mol, que se define como "la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos de carbono hay en 0.012 kg de carbono-12" (IUPAC 1967, BOE de 3-11-1989). El término entidad elemental se refiere a partículas, que pueden ser átomos, moléculas o iones.

La magnitud cantidad de sustancia se simboliza por n, mientras que su unidad mol no tiene abreviatura, y se escribe mol.

¿El número de moles?

De esta forma, se puede decir n(agua)= 2 mol, que significa que la cantidad de sustancia de agua es de 2 mol (ó 2 moles).

Es incorrecto decir que el número de moles es 2. Por ejemplo, cuando se mide la longitud de una mesa se escribe l(mesa)= 1,5 m, que significa que la longitud de la mesa es de 1,5 m, no que el número de metros de la mesa sea 1,5. Sin embargo, es extraordinariamente frecuente encontrar la expresión "el número de moles es" en lugar de "la cantidad de sustancia es".

 

La masa molar y la masa de una partícula

La masa molar de una sustancia (M) es la masa en gramos que tiene un mol de esa sustancia. Se mide en g/mol.

Es muy fácil saber su valor, ya que M coincide numéricamente con la masa relativa de la partícula, aunque tiene un significado diferente: si la masa relativa del CO₂ es 44, su masa molar M es 44 g/mol.

Y como en un mol de cualquier sustancia hay el número de Avogadro de partículas, N_A (6,023 10²³), que tienen una masa de M (masa molar), es sencillo calcular la masa de una partícula de la sustancia: no tienes mas que hacer el cociente entre la masa total y el número de partículas por mol.

CANTIDAD DE SUSTANCIA EN LA QUÍMICA

 

 

CANTIDAD DE SUSTANCIA EN LA QUÍMICA

La cantidad química o cantidad de sustancia es "una magnitud macroscópica que permite determinar indirecta y aproximadamente la cantidad de entidades elementales que hay en un sistema dado."

La unidad de dicha magnitud se denomina mol: "un mol es la cantidad química que hay en un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en un sistema formado por 0,012Kg de 12C." En dicho sistema hay 6,02 x 1023 átomos de carbono, por lo que, cualquier sistema que contenga dicho número de partículas, independientemente de qué sustancia se trate, contiene un mol de dicha sustancia. Este número, se denomina constante de Avogadro: NA = 6,02 x 1023 partículas/mol.

TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

 TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS

Las diferentes sustancias presentes en la naturaleza interactúan entre ellas continuamente. Cosas tan comunes como encender una cerilla, disolver un medicamente en el agua o incluso nuestra respiración, obedecen a lo que se conocen como reacciones químicas.

En este artículo vamos a ver algunos de los tipos de reacciones químicas más comunes, así como explicaciones acerca de su mecánica y los efectos que producen estas interacciones entre moléculas.

Principales tipos de reacción química

Existen una gran cantidad de posibles maneras de que se produzca la interacción entre compuestos, presentando diferentes características y peculiaridades. Algunas de los principales tipos de reacciones químicas entre compuestos son las siguientes.

1. Reacciones de síntesis o adición

En este tipo de reacciones químicas se combinan dos o más sustancias para formar un único compuesto. La combinación de metal y oxígeno para formar óxidos es un ejemplo, dado que da pie a moléculas relativamente estables que en algunos casos pueden ser utilizadas para fabricar materiales frecuentes en nuestra vida cotidiana.

2. Reacciones de descomposición

Las reacciones de descomposición son aquellas en las que un compuesto concreto se descompone y divide en dos o más sustancias. Es lo que ocurre por ejemplo cuando se produce la electrólisis del agua, separándose el agua en hidrógeno y oxígeno.

3. Reacciones de desplazamiento, sustitución o intercambio

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.

4. Reacciones iónicas

Se trata de un tipo de reacción química que se produce ante la exposición de compuestos iónicos a un disolvente. El compuesto soluble se disuelve, disociándose en iones.

5. Reacciones de doble sustitución

Se trata de una reacción semejante a la de la sustitución, con la excepción de que en en este caso uno de los elementos que forman uno de los compuestos pasa el otro a la vez que este segundo compuesto pasa al primero uno de sus propios componentes. Es necesario para que se produzca la reacción que al menos uno de los compuestos no se disuelva.

6. Reacciones de oxidorreducción o redox

Se denomina como tal a aquel tipo de reacción química en que existe intercambio de electrones. En las reacciones de oxidación uno de compuestos pierde electrones en favor del otro, oxidándose. El otro compuesto se reduciría al aumentar su número de electrones.

Este tipo de reacciones ocurren tanto en la naturaleza como de manera artificial. Por ejemplo, es el tipo de reacción que hace que necesitemos respirar (adquiriendo oxígeno del medio) o que las plantas realicen la fotosíntesis.

7. 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. Un ejemplo típico es la combustión de un hidrocarburo o del consumo de glucosa.

8. Reacciones de neutralización

Este tipo de reacción química se produce cuando una sustancia básica y otra ácida interaccionan de tal manera que se neutralizan formando un compuesto neutro y agua.

9. Reacciones nucleares

Se denomina como tal toda aquella reacción química en la que se provoca una modificación no de los electrones de los átomos, sino de su núcleo. Esta combinación o fragmentación va a provocar un elevado nivel de energía. Se denomina fusión a la combinación de átomos, mientras que su fragmentación recibe el nombre de fisión.

10. Reacciones exotérmicas

Se denomina reacción endotérmica a toda aquella reacción química que provoca la emisión de energía. Por lo general, estas emisiones de energía se dan al menos en forma de calor, si bien en los casos en los que ocurren explosiones también aparece la energía cinética.

11. Reacciones endotérmicas

Las reacciones endotérmicas son todos aquellos tipos de reacción química en la que la interacción entre elementos absorbe energía del medio, siendo el producto final mucho más enérgico que los reactivos.

VELOCIDAD DE REACCIÓN

 

VELOCIDAD DE REACCIÓN

La velocidad de reacción representa la rapidez con que tiene lugar la transformación química de unas sustancias, los reactivos, en otras distintas, los productos.

La velocidad media se mide a partir de la disminución de la concentración de un reactivo o el aumento de la concentración de un producto en un intervalo de tiempo.

Las concentraciones suelen medirse en moles por litro y los intervalos de tiempo, en segundos. La velocidad, por tanto, se medirá en moles por litro segundo (mol·L^-1·s^-1)

La velocidad media no es constante, siendo elevada al comienzo de la redacción, y disminuyendo gradualmente hasta llegar a ser nula cuando la reacción se completa.

La ecuación de velocidad es una expresión matemática que relaciona la velocidad instantánea de una reacción en un momento dado con las concentraciones de los reactivos presentes en ese momento.

El orden de una reacción respecto de un reactivo es el exponente al que se eleva la concentración de éste en la ecuación global.

El orden global de una reacción es la suma de los exponentes a los que están elevadas las concentraciones de los reactivos en la ecuación de velocidad.

ESTEQUIOMETRÍA

 ESTEQUIOMETRÍA

La estequiometría es el cálculo para una ecuación química balanceada que determinará las proporciones entre reactivos y productos en una reacción química.

El balance en la ecuación química obedece a los principios de conservación y los modelos atómicos de Dalton como, por ejemplo, la Ley de conservación de masa que estipula que:

la masa de los reactivos = la masa de los productos

la masa de los reactivos = la masa de los productos

En este sentido, la ecuación debe tener igual peso en ambos lados de la ecuación.

Cálculos estequiométricos

Los cálculos estequiométricos es la manera en que se balancea una ecuación química. Existen 2 maneras: el método por tanteo y el método algebraico.

Cálculo estequiométrico por tanteo

El método por tanteo para calcular la estequiometría de una ecuación se deben seguir los siguientes pasos:

1. Contar la cantidad de átomos de cada elemento químico en la posición de los reactivos (izquierda de la ecuación) y comparar esas cantidades en los elementos posicionados como productos (derecha de la ecuación).
2. Balancear los elementos metálicos.
3. Balancear los elementos no metálicos.

Por ejemplo, el cálculo estequiométrico con el método por tanteo en la siguiente ecuación química:

CH4 + 2O2 → CO + 2H2O

El carbono está equilibrado porque existe 1 molécula de cada lado de la ecuación. El hidrógeno también presenta las mismas cantidades de cada lado. El oxígeno en cambio, suman 4 del lado izquierdo (reactantes o reactivos) y solo 2, por lo tanto por tanteo se agrega un subíndice 2 para transformar el CO en CO2.

De esta forma, la ecuación química balanceada en este ejercicio resulta: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Los números que anteceden el compuesto, en este caso el 2 de O2 y el 2 para H2O se denominan coeficientes estequiométricos.

Cálculo estequiométrico por método algebraico

Para el cálculo estequiométrico por método algebraico se debe encontrar los coeficientes estequiométricos. Para ello se siguen los pasos:

1. Asignar incógnita
2. Multiplicar la incógnita por la cantidad de átomos de cada elemento
3. Asignar un valor (se aconseja 1 o 2) para despejar el resto de las incógnitas
4. Simplificar

Relaciones estequiométricas

Las relaciones estequiométricas indican las proporciones relativas de las sustancias químicas que sirven para calcular una ecuación química balanceada entre los reactivos y sus productos de una solución química.

Las soluciones químicas presentan concentraciones diferentes entre soluto y solvente. El cálculo de las cantidades obedece a los principios de conservación y los modelos atómicos que afectan los procesos químicos.

Principios de conservación

Los postulados de los principios de conservación ayudarán posteriormente a definir los modelos atómicos sobre la naturaleza de los átomos de John Dalton. Los modelos constituyen la primera teoría con bases científicas, marcando el comienzo de la química moderna.

Ley de conservación de masa: no existe cambios detectables en la masa total durante una reacción química. (1783, Lavoisier)

Ley de las proporciones definidas: los compuestos puros siempre presentan los mismos elementos en la misma proporción de masa. (1799, J. L. Proust)

Modelo atómicos de Dalton

Los modelos atómicos de Dalton constituye la base de la química moderna. En 1803, La teoría atómica básica de John Dalton (1766-1844) postula lo siguiente:

1. Los  elementos  químicos están formados por átomos idénticos para un elemento y es diferente en cualquier otro elemento.
2. Los compuestos químicos se forman por la combinación de una cantidad definida de cada tipo de átomo que forman una molécula del compuesto.

Además, la ley de proporciones múltiples de Dalton define que cuando 2 elementos químicos se combinan para formar 1 compuesto, existe relación de números enteros entre las diversas masas de un elemento que se combinan con una masa constante de otro elemento en el compuesto.

Por lo tanto, en la estequiometría las relaciones cruzadas entre reactantes y productos es posible. Lo que no es posible es la mezcla de unidades macroscópicas (moles) con unidades microscópicas (átomos, moléculas).

Estequiometría y conversión de unidades

La estequiometría usa como factor de conversión desde el mundo microscópico por unidades de moléculas y átomos, por ejemplo, N2 que indica 2 moléculas de N2 y 2 átomos de Nitrógeno hacia el mundo macroscópico por la relación molar entre las cantidades de reactivos y productos expresado en moles.

En este sentido, la molécula de N2 a nivel microscópico tiene una relación molar que se expresa como 6.022 * 1023 (un mol) de moléculas de N2.

ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

 

ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

En toda reacción química se absorbe o desprende energía, Er, (normalmente en forma de calor o luz). Esto se debe a que al romperse y formarse enlaces se gasta y se gana energía respectivamente. Atendiendo a los aspectos energéticos las reacciones se clasifican en:

Exotermicas:(desprenden energía, se les asocia signo negativo). La energía liberada en los nuevos enlaces que se forman es mayor que la empleada en los enlaces que se rompen.

 Endotermicas:(absorben energía, se les asocia signo positivo). La energía absorbida en los enlaces que se rompen es mayor que la desprendida en los enlaces que se forman. 

 

Er = E. romper enlaces - E. formar enlaces videos :

ALGUNAS REACCIONES IMPORTANTES

 ALGUNAS REACCIONES IMPORTANTES

Continuamente se producen reacciones químicas en la naturaleza, en el cuerpo humano, en las fábricas, en las plantas de tratamiento de efluentes, etc. Se enumeran abajo algunas de ellas:

1. Combustión
2. Sustitución
3. Adición
4. Eliminación
5. Oxidación
6. Reducción
7. Reacciones ácido-base
8. Oxigenación
9. Transaminación
10. Cloración
11. Carbonilación
12. Nitrosilación
13. Peroxidación
14. Fotólisis del agua
15. Sulfatación
16. Carbonatación
17. Ozonización
18. Esterificación
19. Hidrogenación
20. Acetilación