UNIDAD 2:LAS REACCIONES QUÍMICAS Y SU INTERPRETACIÓN MICROSCÓPICA

1. Cambios físicos y químicosy q

2. Reacciones químicas

3 Representación simbólica de las reacciones3. Representación simbólica de las reacciones químicas

4 Aj t d i í i4. Ajuste de ecuaciones químicas

5. Estudio de algunas reacciones de interés

6. Impactos medioambientales. Contaminación

1. CAMBIOS FÍSICOS Y QUÍMICOSC bi fí i ól bi l i d d id t l d l t i N• Cambio físico: sólo cambian las propiedades accidentales de la materia. No cambia su naturaleza.  Cambia la forma de “estar”.

• Ej.: cambios de estado:     Hielo    →   agua  →  vapor de agua

Cambio q ímico cambian las propiedades intrínsecas de la materia• Cambio químico: cambian las propiedades intrínsecas de la materia.  Cambia su naturaleza, es decir, su forma de “ser”.

Ej.: reacciones de combustión  C  +  O2 →  CO2

(Carbono +oxígeno →dióxido de carbono)

REACCIONES QUÍMICAS

Son procesos por los que las sustancias iniciales (REACTIVOS) se convierten en otras distintas (PRODUCTOS)

Cambio permanente de las propiedades de los reactivos

Variación de energía       

REACCIONES QUÍMICASREACCIONES QUÍMICASEj.: formación del agua      2  H2   + O2   →  2 H2 O

SE ROMPEN ENLACESO2SE ROMPEN ENLACES

H2 O

SE FORMAN ENLACES

C Ó GÉ C

H2

VARIACIÓN ENERGÉTICA 

E íEstadointermedio

2H2+ O2

Energía intermedioEA REACCIÓN

EXOTÉRMICA

2 H2 O

Estadoinicial Estado

final

Energía liberada

final

E í Estado REACCIÓN

Estado

Energía intermedioEA

REACCIÓN ENDOTÉRMICA

EstadofinalEnergía absorbida

Estadoinicial

CATALIZADORES: son sustancias que disminuyen la energía de activación y aumentan la velocidad de la reacción.

Estado

EnergíaEstadointermedio

EA REACCIÓN CON CATALIZADORE´A

Estadoinicial Estado

CATALIZADOR

Energía liberada

A

Estadofinal

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

En una reacción química el número de átomos de cadaEn una reacción química, el número de  átomos de cada elemento que tienen los reactivos es exactamente igual al número de átomos que tienen los productos.

Hay el mismo número de átomos de cada elemento al principio y p py al final de la reacción, lo único que cambia es el orden ya que se ordenan de distinta forma.

• a)  C    +    O2 →    CO                  b)  N2 +    H2 →     NH3

2 C    +    O2 →  2  CO                         N2 +  3  H2 →      2  NH3

1 L d l ió d l (l d L i i )

LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS1. Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier)

La masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productosproductos

Un ejemplo O2 +2H2 →  2 H2O Masas atómicas: O = 16; H =1

M d l tiMasa de los reactivos: 

Oxígeno   16 x 2 = 32 g +Hidrógeno  1 x 4 =  4 g    Total   =  36  g

M d l d tMasa de los productos: 

Agua    2 (  2x 1   +   2x 16 )  =      36 g

→O2 +   2H2 →    2 H2O  

32              4                     36

Otro ejemplo: N2 +  3  H2 → 2  NH3 Masas atómicas: N = 14; H =1

14x2         1x 6                2(14+3)  

28             6                      34       

Masa inicial: 28+6 =34          Masa final: 34 

2. Ley de las proporciones definidas (J.L. Proust)

“Las sustancias siempre reaccionan en la misma proporción”Esta ley permite conocer de antemano las cantidades de las sustancias que van a reaccionar para que la reacción transcurra en su totalidadque van a reaccionar para que la reacción transcurra en su totalidad.

a) Formación del dióxido de carbono,masas atómicas   C =12;  O = 16

Reacción ajustada             C       +      O2     →  CO2 312Cantidades patrón   a1)    12            32                    44          

a2)      6            16                     22

3) 1 5 4 5 5

83

3212

=

83

166=

a3)      1,5           4                       5,583

45,1=

b) Reacción de oxidación del aluminio, )masas atómicas  Al =27  ;  O = 16

Reacción Al + O → Al OReacción   Al + O2 → Al2O3            

Reacción ajustada    4  Al     +   3O2 →     2 Al2O3

Cantidades patrón: 

b1) 27x4=  108       16x6= 96       2 ( 27x2+16x3)  = 204

b2)               54                   48                                        102

b3) 90 80 170b3) 90                  80                                         170

b1) b2)                       b3)      

89

96108

= 954=

89

8090

=896 848 880

AJUSTE DE REACCIONES QUÍMICASMÉTODO MATEMÁTICO

Primero se escribe la ecuación de la reacción y después se escribe una letra delante de cada sustanciaescribe una letra delante de cada sustancia.

a C + b SO2 → c CS2 + d COComo el nº de átomos de cada elemento ha de ser el mismo a la izquierda

l d h i t bl i d i t d i t dy a la derecha, iremos estableciendo un sistema de ecuaciones tomando átomo a átomo.De carbono a la izquierda tenemos a y a la derecha c + d , luego:

a = c + dDe azufre a la izquierda tenemos d y a la derecha 2c, luego:

b = 2cDe oxígeno hay a la izquierda 2b y a la derecha d, queda:

2b= d Tres ecuaciones y cuatro incógnitas. Para resolver este sistemaTres ecuaciones y cuatro incógnitas. Para resolver este sistema asignaremos un valor a una de las incógnitas de forma arbitraria. Por ejemplo b = 2, no interesa dar el valor b=1 porque entonces c sería 0,5 Si b = 2 ; b = 2c c = b/2 = 1 ; 2b= d ; d = 4 ; a = c + d ; a = 1 +Si b = 2 ; b = 2c , c = b/2 = 1 ; 2b= d ; d = 4 ; a = c + d ; a = 1 + 4 = 5

5 C + 2 SO 1 CS + 4 CO

ESTUDIO DE ALGUNAS REACCIONES DE INTERÉS

TIPOS DE REACCIONESTIPOS DE REACCIONESde síntesisde descomposiciónd tit ió Cl ifi ió

í i l f ió d i d

de sustitución Clasificaciónde doble sustituciónde combustión

• De síntesis: es la formación de un compuesto a partir de sus elementos.Obtención de agua                2 H2 +      O2 →      2 H2Og 2 2 → 2Formación de amoniaco       3 H2 +     N2       →     2 NH3

• De descomposición: es la reacción por la que una sustancia d l t á illda lugar a otras más sencillas.Descomposición del pentacloruro de fósforo :  

PCl5 → PCl3 + Cl2PCl5 →     PCl3 +   Cl2  Descomposición del carbonato de calcio:      

CaCO3 →    CO2 +    CaODescomposición del agua   

2H2O   →       2H2 +   O2

De sustitución: cuando un elemento se sustituye por otroDe sustitución: cuando un elemento se sustituye por otro.

Zn + 2ClH → ZnCl2 + H2Zn 2ClH ZnCl2 H2

Cu + H2SO4 → Cu SO4 + H2

De doble sustitución: cuando se sustituyen dos elementosDe doble sustitución: cuando se sustituyen dos elementos el uno por el otro.

2 KI + Pb(NO3)2 → PbI2 + 2K NO3

De combustión: 

Es la reacción que ocurre cuando algo se quema. Esnecesaria la presencia de oxígeno para que se lleve anecesaria la presencia de oxígeno para que se lleve acabo una combustión.

Si el combustible tiene sólo carbono e hidrógeno, losproductos de reacción serán CO2 y H2O.productos de reacción serán CO2 y H2O.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OCH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OC2H6 + 7/2 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

• El nº de carbonos coincide con el nº de moléculasde CO2 presentes y el nº de átomos de hidrógenode CO2 presentes y el n de átomos de hidrógenodividido entre dos será el nº de moléculas de agua.

• Ejemplo:    

C4H10 + O2 → CO2 + H2OC4H10           O2 →    CO2        H2O

• Como hay 4 carbonos pondremos 4 de CO2, h 10 hid ó l i i dcomo hay 10 hidrógenos a la izquierda 

pondremos, la mitad, 5 de agua y por último ajustaremos el oxígeno

• C H 0 + O2 → 4 CO2 + 5 H2OC4H10     +   O2 →    4 CO2 +      5 H2O

• C4H10     +   13/2 O2 →   4 CO2 +    5 H2O  

reacción ajustadareacción ajustada

Problemas de la contaminación del aire 1‐ Efecto invernadero2‐ Lluvia ácida2 Lluvia ácida3‐ Agujeros en la capa de ozono4‐ Polvo atmosférico1- El efecto invernadero

31

Atmósfera

1

Atmósfera

Superficie terrestre

3

4Superficie terrestre

2

Superficie terrestre

2

Atmósfera contaminadaAtmósfera limpia

1‐Radiación solar

2‐Radiación absorbida en la fotosíntesis

Atmósfera contaminada

1‐ Radiación solar

2‐ Radiación absorbida en la fotosíntesis

3 R di ió itid l i3‐Radiación emitida al espacio

3‐ Radiación emitida al espacio

4‐ Radiación devuelta a la superficie terrestre

2. La lluvia ácida

Se genera cuando el agua de las nubes o la humedad ambiental reacciona con el dióxido de azufre y con los óxidos de nitrógeno formándose ácido sulfúrico y ácido nítricoformándose ácido sulfúrico y ácido nítrico.                                      

EFECTOS:EFECTOS:La vegetación se destruye

La vida acuática se altera

Los materiales de construcción se corroen

Pueden desplazarse a grandes distancias

3. Agujeros en la capa de ozono

La capa de ozono evita las radiaciones UV• Muchos agentes contaminantes llegan a la estratosfera e 

impiden que se forme el ozono porque le destruyenimpiden que se forme el ozono  porque le destruyen.

A  +  O3 →  AO +  O2 AO +  O→ A +  O2

O3 + O →  2 O2A pueden ser átomos de hidrógeno (H), cloro (Cl), Bromo (Br) o moléculas de 

(N2O), monóxido de carbono (CO).

Los clorofluorocarbonos (ClFCs) y el bromuro de metilo (BrCH ) son las sustanciasLos clorofluorocarbonos (ClFCs)  y el bromuro de metilo (BrCH3)  son las sustancias más perjudiciales para el ozono. 

Efectos del “agujero de ozono”Efectos del  agujero de ozonoMenor producción de vegetales

Aumento de microorganismos responsables de enfermedades y plagas

d á d lAumento de cánceres de piel

Daños de visión en animales y en personas

Incidencia en el cambio climáticoEn la Antártida se ha perdidoel 70% de ozono y en el yÁrtico ha disminuido un 30%.

La contaminación del agua El agua no es un basurero

• Actualmente el agua contaminada es superior a la potable por el vertido de residuos. 

Autopurificación del agua

Aireación

SedimentaciónSedimentación

Adsorción

Ti d t i ióTipos de contaminación

Vertidos de fertilizantes agrícolas

DetergentesDetergentes

Metales pesados : mercurio (Hg)  y plomo ( Pb)

Petróleo