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.
Ecuación
química: representa la transformación de reactantes a productos.
Tipos de reacciones químicas
Reacciones de síntesis o composición
En estas
reacciones, dos o más elementos o compuestos se combinan, resultando en un solo
producto.
Síntesis
Química: la combinación de dos o mas sustancias para formar un solo compuesto.
A + B à C
(Donde A y B pueden ser elementos o compuestos)
Ejemplo:
Escriba la
reacción de síntesis entre el aluminio y el oxígeno.
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.
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)
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)
Reacción 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. 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)
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)
Reacción 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.
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
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)
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.
Combustión: un hidrocarburo orgánico reacciona con
el oxígeno para producir agua y dióxido de carbono.
hidrocarburo + O2 à H2O
+ CO2
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
Reacciones extermicas y endotermicas
Vamos a profundizar en este apartado en un concepto
fundamental en termoquímica, el concepto
de entalpía de reacción, ΔHr. Definimos la entalpía de una reacción química como
el calor absorbido o desprendido
en dicha reacción química cuando ésta transcurre a presión constante, es
decir:
ΔH = QP
ΔH : entalpía de la reacción
QP : calor transferido a presión constante
El valor de entalpía es distinto según a qué
presión y a qué temperatura se lleve a cabo la reacción. Por este motivo se
definen unas condiciones estándar. Las condiciones estándar termoquímicas son 25ºC (o 298 K) y 1atm
de presión (1,013·10^5 Pa). Cuando la reacción se lleva a cabo en dichas
condiciones estándar, su variación de entalpía (ΔH) recibe el nombre deentalpía estándar de reacción o
también entalpía normal de
reacción, y se representa como ΔHor.
Las unidades de la entalpía estándar de reacción
son kJ o kJ/mol, siendo esta última la forma más habitual de hallar los valores
de entalpías en las distintas tablas.
En las ecuaciones termoquímicas indicadas
previamente aparecen los correspondientes valores de entalpía estándar de
reacción para diversas reacciones, y todas ellas tienen signo negativo.
·
Una reacción exotérmica es aquella
cuyo valor de entalpía es negativo, es decir, el sistema desprende
o libera calor al entorno (ΔH < 0).
·
Una reacción endotérmica es
aquella cuyo valor de entalpía es positivo, es decir, el sistema
absorbe calor del entorno (ΔH > 0).
Por ejemplo, la reacción que hemos considerado
previamente, de oxidación del monóxido de carbono para dar dióxido de carbono,
tiene variación de entalpía negativa:
Esto significa que se desprende calor en el
transcurso de la misma y es, por tanto, una reacción exotérmica, mientras que
si consideramos la misma reacción pero en sentido contrario, el valor absoluto
de la entalpía se mantiene, pero el signo cambia, siendo en este caso la
entalpía positiva y, por tanto, una reacción endotérmica:
Diagramas
entálpicos
Un diagrama de entalpía es un gráfico que permite
mostrar de un modo visual la variación de entalpía de una reacción química. Si
nosotros tenemos una reacción:
R –> P ΔHoR
Como el valor absoluto de entalpía no se conoce, el
origen de la escala de entalpías es arbitrario. Por ello, lo que se hace es
representar reactivos y productos, siendo la diferencia entre ellos el valor de
entalpía de la reacción.
Si la reacción es endotérmica, es
decir, absorbe calor, el diagrama de entalpía tendrá la forma
siguiente:
Si la reacción es exotérmica, es decir,
desprende calor, el diagrama de entalpía tendrá la forma
siguiente:
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