REACCIONES QUÍMICASCarácter cuantitativo de las reacciones
químicas
REACCIONES QUÍMICAS
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ÍNDICE
Cuando se vierte nitrógeno líquido, este hierve vivamente al
adquirir la temperatura ambiente.
Procesos o cambios físicos
Procesos o cambios químicos.
Reacciones químicas
En la naturaleza se producen gran variedad de cambios, como la
dilatación de un metal, los cambios de estado del agua, la
oxidación de algunos metales, el movimiento de los coches,
...
Las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades
esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias.
Las sustancias cambian su naturaleza, se transforman en otras
distintas, que tienen propiedades diferentes.
La sacarosa (azúcar de mesa) reacciona con clorato de potasio
formando nuevas sustancias, como esta extraña masa de
carbono.
La ceniza que se crea en la hoguera es una sustancia distinta a la
madera.
El balón de fútbol en movimiento sigue siendo un balón.
La herrumbre que se forma en la viga es una sustancia distinta al
hierro.
En la fotosíntesis, las plantas producen oxígeno y nutrientes a
partir de dióxido de carbono y agua.
Ebullición de nitrógeno
Reacción entre la sacarosa y el clorato potásico
Procesos Físicos y Químicos
Las reacciones químicas son cambios químicos, en ellas unas
sustancias desaparecen y se transforman en otras distintas.
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Ecuaciones Químicas
Una ecuación química es la representación escrita y abreviada de
una reacción química.
A la izquierda se escriben las fórmulas de los reactivos
(sustancias reaccionantes)
A la derecha se escriben las fórmulas de los productos (sustancias
resultantes)
Separadas por una flecha.
También pueden contener información sobre el estado físico de las
sustancias y sobre las condiciones de la reacción.
Ejemplo: Descomposición carbonato de calcio
CaCO3
Ecuaciones Químicas
Las ecuaciones tienen que estar ajustadas (igualadas, balanceadas),
es decir, tiene que haber el mismo número de átomos de cada
elemento a ambos lados de la flecha. Se utilizan entonces,
coeficientes estequiométricos, que son números que se colocan
delante de las fórmulas de reactivos y productos.
Ejemplo: Combustión de etanol
4. Multiplicar por dos
Ejemplo: Combustión pentano
Ecuaciones Químicas
Teoría de las colisiones. Estado de transición
Una reacción química supone la ruptura de ciertos enlaces de las
moléculas de reactivos y la formación de otros nuevos, para dar
lugar a las moléculas de productos.
Cuando se introduce un trozo de sodio caliente en el interior de un
frasco que contiene gas cloro, se produce una violenta reacción en
la que se forma una sustancia nueva, el cloruro de sodio.
Esta reacción se puede expresar así:
Ejemplo: Formación de cloruro de sodio
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Teoría de las colisiones. Estado de transición
Todas las reacciones químicas pasan por un estado de transición de
máxima energía, denominado complejo activado (complejo de
transición) que es un agregado constituido por las moléculas
reaccionantes y en el que algunos de los enlaces primitivos se han
relajado (o incluso roto) y se han empezado a formar nuevos
enlaces. Es un estado intermedio, de transición, en una reacción
química que posee gran energía, tiene acumulada toda la energía
cinética de las moléculas reaccionantes y por ello es muy inestable
y se descompone inmediatamente originando los productos de
reacción.
Ejemplo:
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Teoría de las colisiones. Estado de transición
Ejemplo:
Teoría de las colisiones. Estado de transición
*
Teoría de las colisiones. Estado de transición
Para que se forme el complejo activado, es necesario que las
moléculas choquen.
Pero puede ocurrir que dos moléculas choquen entre sí y no se
produzca reacción alguna, entonces se dice que el choque no es
eficaz o efectivo.
Para que un choque entre moléculas sea eficaz o efectivo es
necesario que cumpla dos condiciones:
Que las moléculas tengan energía cinética suficiente para romper o
debilitar adecuadamente sus enlaces, es decir, para poder formar el
complejo activado. Estas moléculas se llaman activadas.
La energía cinética de las moléculas, aumenta al hacerlo la
temperatura.
Se denomina energía de activación a la energía que necesitan los
reactivos para que puedan formar el complejo activado, es decir
para que la reacción se produzca. Es la diferencia entre la energía
del complejo activado y la suma de las entalpías de los
reactivos.
Que las moléculas al chocar lo hagan con la orientación adecuada
para que se puedan romper los enlaces moleculares.
Cuando se cumplen estas condiciones se verifica la reacción entre
las moléculas.
Simulador
choques
Teoría de las colisiones. Estado de transición
Choque eficaz. Las moléculas chocan con la orientación
adecuada
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Teoría de las colisiones. Estado de transición
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Velocidad de las Reacciones Químicas
La velocidad de una reacción es la cantidad de sustancia formada o
transformada por unidad de tiempo
No todas las reacciones transcurren con la misma velocidad. Algunas
reacciones químicas se producen de forma casi instantánea y otras
trascurren lentamente.
Por ejemplo, las explosiones y detonaciones son tan rápidas que
resulta muy difícil medir su velocidad, sin embargo, el cemento
necesita varios días para fraguar, es decir, para endurecer, es una
reacción lenta.
La velocidad de una reacción depende de:
La energía de activación de la reacción: si la energía de
activación es alta la reacción será lenta y si es baja la reacción
será rápida.
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Los factores que determinan la velocidad de reacción son:
La naturaleza de los reactivos: determina cuál será la energía de
activación de cada reacción.
La concentración de los reactivos: la velocidad de una reacción
aumenta con la concentración de los reactivos ya que aumenta el
número de choques.
Para aumentar la concentración de un gas es necesario aumentar su
presión. Para aumentar la concentración de una disolución habrá que
aumentar la cantidad de soluto.
El estado físico de los reactivos: las reacciones entre gases y
entre sustancias en disolución serán las más rápidas, pues las
partículas se muevan con mayor libertad y velocidad, produciéndose
un mayor número de colisiones entre ellas. Las reacciones de los
sólidos con líquidos o gases no son generalmente muy rápidas, pero
si el sólido está triturado o pulverizado, aumenta la velocidad de
reacción, porque al aumentar la superficie de contacto entre del
sólido con el líquido o el gas, también aumenta el número de
choques.
La temperatura: la velocidad de reacción aumenta con la
temperatura. Al aumentar temperatura, aumenta la energía cinética
de las partículas (aumenta la velocidad con que se mueven), con lo
que la probabilidad de que se produzcan choques eficaces es
mayor.
Los catalizadores: son sustancias distintas de los reactivos y
productos que modifican la velocidad de una reacción, recuperándose
íntegramente cuando la reacción finaliza.
Los catalizadores hacen que la reacción transcurra por un camino
diferente en que la energía de activación sea otra. Pueden
disminuir la energía de activación, entonces la velocidad de la
reacción aumenta, se llaman catalizadores positivos; o pueden
aumentar la energía de activación, entonces la velocidad de la
reacción disminuye, se llaman catalizadores negativos.
Velocidad de las Reacciones Químicas
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Energía en las Reacciones Químicas
En las reacciones químicas se producen transformaciones de energía,
además de materia.
La energía interna de una sustancia es la suma de todas las
energías de esa sustancia, debida a las posiciones y los
movimientos de las partículas subatómicas, de los átomos y de las
moléculas que la constituyen, y a las uniones de los átomos.
En todas las reacciones químicas se produce una variación en la
energía interna de las sustancias que intervienen. En el estado
inicial los reactivos tienen una energía interna y en el estado
final los productos tienen otra. La diferencia de energía entre
ambos estados se absorbe (reacciones endoenergéticas) o se
desprende en la reacción (reacciones exoenergéticas), Si el sistema
químico disminuye su energía, la comunica al medio ambiente, y si
la aumenta, es porque la ha absorbido de él.
Atendiendo al intercambio de energía en forma de calor con el
exterior, las reacciones se clasifican en:
Exotérmicas: desprenden energía en forma de calor.
Ejemplo: Combustión de metano CH4 + 2 O2 CO2 +2 H2O + 890 kJ
La ecuación termoquímica indica que por cada mol de metano (16 g)
quemado se liberan 890 kJ.
Endotérmicas: absorben energía en forma de calor.
Ejemplo: Descomposición de óxido de mercurio 2 HgO + 181 kJ 2 Hg +
O2
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Las sustancias almacenan energía en sus átomos y moléculas. Estas
partículas materiales pueden tener tres tipos de movimientos: de
traslación, de rotación y de vibración. Según esto los átomos o
moléculas poseen energía cinética debida a estos continuos
movimientos. La energía aumentará con la temperatura, ya que un
aumento de ésta supone una mayor agitación molecular.
Pero los sistemas no sólo poseen energía por los movimientos de las
partículas, sino también por la posición relativa de unas
partículas respecto a otras, es decir, poseen energía potencial,
que resulta menor en los gases que en los líquidos y en éstos menor
que en los sólidos, pues sus moléculas se hayan más próximas.
En las moléculas también hay energía debida a los enlaces entre sus
átomos.
Incluso en los propios átomos también hay energía, según las
posiciones y los movimientos de sus partículas elementales.
ÍNDICE
Quimioluminiscencia
Algunas reacciones químicas exoenergéticas emiten en energía en
forma de radiación luminosa.
ÍNDICE
Reacción endotérmica: Absorbe calor
∑Hproductos < ∑Hreactivos
Se denomina entalpía de reacción (H) al calor absorbido o
desprendido en una reacción química a presión constante.
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Energía en las Reacciones Químicas
Al calentar la termita se produce una reacción fuertemente
exotérmica. El aluminio reacciona con óxido de hierro (III),
produciendo una lluvia de chispas de hierro fundido.
En una reacción exotérmica, la energía se pierde en forma de calor,
la cantidad de calor perdida depende de la cantidad de reactivos
disponible.
La reacción entre sulfocianuro amónico e hidróxido de bario
octahidratado es una reacción endotérmica. Absorbe una cantidad de
calor del exterior del recipiente que produce la congelación del
vapor de agua del aire.
En una reacción endotérmica, la energía se absorbe en forma de
calor.
EXOTÉRMICA
ENDOTÉRMICA
Figure 6.17
The thermite reaction is another highly exothermic reaction—one
that can melt the metal it produces. In this reaction, aluminum
metal is reacting with iron(III) oxide, Fe2O3, causing a shower of
molten iron sparks. In an exothermic reaction, energy is lost as
heat, the amount lost depending on the amount of reactants
available.
Al calentar la termita se produce una reacción fuertemente
exotérmica. El aluminio reacciona con óxido de hierro (III),
produciendo una lluvia de chispas de hierro fundido. En una
reacción exotérmica, la energía se pierde en forma de calor, la
cantidad de calor perdida depende de la cantidad de reactivos
disponible.
Figure 6.18
The reaction between ammonium thiocyanate, NH4SCN, and barium
hydroxide octahydrate, Ba(OH)2•8H2O, absorbs a lot of heat and can
cause water vapor in the air to freeze on the outside of the
beaker.
In an endothermic reaction, energy is absorbed as heat.
La reacción entre sulfocianuro amónico e hidróxido de bario
octahidratado es una reacción endotérmica. Absorbe una cantidad de
calor del exterior del recipiente que produce la congelación del
vapor de agua del aire.
ÍNDICE
Reacción endotérmica: Absorbe calor
Reacción exotérmica: Desprende calor
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Ley de conservación de la masa. Ley de Lavoisier (1743-1794)
En toda reacción química la masa total de las sustancias que
reaccionan (reactivos) es igual a la masa total de las sustancias
que se obtienen (productos).
Ejemplo: Conservación de la masa en la reacción química entre el
nitrato de plomo y el yoduro de potasio
2 IK + Pb(NO3)2 PbI2 + 2 KNO3
Se prepara una disolución de nitrato de plomo en un vaso y otra de
yoduro de potasio en otro. Se colocan en una balanza y se comprueba
que entre las dos pesan 13,21g.
Después se mezclan, observando que aparece una sustancia nueva
(precipitado amarillo): el yoduro de plomo. Nuevamente se colocan
en la balanza y se comprueba que pesan 13,21 g.
La masa no ha variado en el transcurso de la reacción.
Conservación de la masa en la reacción entre el fósforo y el cloro
: 2 P + 5 Cl2 2 PbCl5
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Carácter cuantitativo de las Reacciones Químicas
Carácter cuantitativo de las reacciones químicas
Puesto que en una ecuación química debe conservarse la masa y la
carga, la ecuación química adquiere de este modo las
características de una ecuación matemática.
Una ecuación química no sólo indica las sustancias que se producen
al reaccionar unas con otras, sino que también informa sobre las
cantidades de estas sustancias. Es decir, es una expresión tanto
cuantitativa, como cualitativa de una reacción química.
Ejemplo: Reacción de formación de agua 2 H2 + O2 2 H2O
Una ecuación química puede interpretarse tanto sobre una base
molecular como molar.
Al reaccionar dos moléculas de hidrógeno con una molécula de
oxígeno, se forman dos moléculas de agua.
Al reaccionar dos moles de hidrógeno con un mol de oxígeno, se
forman dos moles de agua.
Relaciones
Estequiométricas
Ejemplo: Reacción de formación de NO: N2 + O2 2 NO
Al reaccionar una molécula de nitrógeno con una molécula de
oxígeno, se forman dos moléculas de NO.
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Cálculos basados en ecuaciones químicas
Las ecuaciones químicas nos suministran la información necesaria
para calcular cantidades de sustancias consumidas o producidas en
las reacciones químicas.
Para efectuar cálculos sobre una reacción, además de tenerla
ajustada, ha de conocerse al menos la cantidad de una de las
sustancias que intervienen en la reacción. Así pueden calcularse
las cantidades, producidas o consumidas, de las demás
sustancias.
Relaciones
Estequiométricas
Según el mecanismo:
Reacciones ácido-base. Neutralización
Reacciones de precipitación
Reacciones de oxidación-reducción
Reacciones de combustión
Síntesis o combinación
ÍNDICE
Síntesis o combinación: Dos o más sustancias reaccionan para dar
otra más compleja. A + B AB
Las reacciones entre dos no metales dan compuestos
covalentes:
N2 + 3 H2 2 NH3
Las reacciones entre un no metal y un metal dan sales:
S + Fe FeS
2 Ca + O2 2 CaO S + O2 SO2
Las reacciones entre un óxido y agua producen hidróxidos:
CaO + H2O Ca(OH)2
SO2 + H2O H2SO3
Las reacciones entre un óxido y un anhídrido dan sales:
CaO + SO2 CaSO3
ÍNDICE
*
ÍNDICE
Descomposición: Una sustancia se descompone formando dos o más
simples. AB A + B
2 KClO3 2 KCl + 3 O2
Desplazamiento o sustitución: Uno de los elementos de un compuesto
es sustituido por otro elemento. AB + X AX + B
Algunos metales reaccionan con ciertos ácidos, reemplazando el
hidrógeno y formando la sal correspondiente:
Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2
Un metal puede ser desplazado de sus sales por otro metal más
activo:
Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu
Doble descomposición o intercambio: Equivalen a una doble
sustitución. AB + XY AX + BY
ácido + base sal + agua
HCl + NaOH NaCl + H2O
ÍNDICE
ÍNDICE
Ácido-base. Neutralizaciones
Un ácido reacciona con una base dando lugar a la formación de una
sal y agua. En la reacción desaparecen simultáneamente las
propiedades de ambos.
Ejemplo:
ÍNDICE
Tipos reacciones
La neutralización consiste en la reacción entre los iones H+ de los
ácidos y los iones OH- de las bases para dar moléculas de agua: H+
+ OH- H2O
Las propiedades del ácido, debidas al ion H+, quedan
"neutralizadas" o anuladas por las del ion OH- y viceversa.
Los iones Cl- y Na+ están presentes en la reacción pero no
intervienen en ella, se les llama contraiones o iones
espectadores.
Na+ + OH- + Cl- + H+ → Cl- + Na+ + H2O
NaOH HCl NaCl
Precipitación
Una reacción de precipitación consiste en la formación de un
compuesto insoluble, que recibe el nombre de precipitado cuando se
mezclan dos disoluciones.
La aparición de un precipitado está relaciona con la diferencia de
solubilidad que presentan los reactivos y los productos de la
reacción.
Ejemplo:
Al reaccionar nitrato de plata con yoduro de potasio, se obtiene un
precipitado de yoduro de plata.
ÍNDICE
Tipos reacciones
Los iones nitrato y potasio permanecen el la disolución, sin
intervenir en la reacción
NO3- Ag+
AgNO3 (aq) KI (aq) Precipitado KNO3 (aq)
solubilidad elevada solubilidad elevada solubilidad baja
solubilidad elevada
K+
I-
AgI
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El nitrato de plata y el yoduro de potasio son sustancias que tiene
una elevada solubilidad en agua, a temperatura ambiente, y lo mismo
ocurre con el nitrato de potasio. Por el contrario, el yoduro de
plata presenta una solubilidad muy baja.
Cuando se produce la reacción, la cantidad de yoduro de plata que
se forma es superior a la que puede admitir la disolución saturada.
En consecuencia, el exceso de esta sustancia precipita en forma de
sólido.
When a clear, colorless silver nitrate solution is added to a
clear, colorless solution of potassium iodide, the product is a
yellow precipitate of silver iodide.
The microscopic view shows a droplet of AgNO3 solution about to
strike the surface of the KI solution. Notice that the only
substance that actually forms is AgI (a crystal of silver and
purple ions); the other species, K+ and NO3- (and the excess I-)
remain as ions in solution. The net reaction is between silver ion
and iodide ion: Ag+(aq) + I-(aq) --> AgI(s) Keywordsnet ionic
equation, precipitation, solubility, solution, model.
Este tipo de reacciones tiene especial interés en la industria de
los metales preciosos; además, se emplea para recuperarlos a partir
de los residuos industriales que puedan contenerlos
Solubilidad de una sustancia en un disolvente, a una determinada
temperatura, es la máxima cantidad de soluto que puede contener una
cantidad fija de disolvente (o disolución) a dicha
temperatura.
Disolución saturada a una temperatura determinada, no admite más
soluto.
ÍNDICE
Oxidación-Reducción (Redox)
Consiste en la transferencia de electrones de una especie química,
llamada agente reductor, a otra, llamada agente oxidante.
Ejemplo:
Cuando se introduce magnesio metálico en una disolución de sulfato
de cobre, se produce una transferencia de electrones del magnesio a
los iones cobre (II), formándose cobre metálico y iones magnesio
(II) que pasan a formar parte de la disolución.
Reducción: Cu 2+ + 2 e – → Cu
Oxidación: Mg → Mg 2+ + 2 e –
Cu 2+ + Mg → Cu + Mg 2+
ÍNDICE
Ag+ + Cu → Ag + Cu 2+
Ejemplo:
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The photograph on the left shows a coil of magnesium ribbon in a
solution of CuSO4(aq). After a few hours, all of the Cu2+ ions have
been displaced from the solution, leaving a deposit of red-brown
copper metal, some unreacted magnesium and a clear, colorless
MgSO4(aq) solution. The microscopic view (left) shows electrons
being transferred from a magnesium atom to a Cu2+ ion, which will
be converted to copper metal. The magnesium atom will be released
into the solution as Mg2+ (pink spheres). The sulfate anion has
been omitted for clarity; it is merely a spectator
ion.Keywordsredox, oxidation, reduction, net ionic equation,
chemical reaction, spectator ion
ÍNDICE
Combustión
Es la reacción de una sustancia, llamada combustible, con oxígeno,
al que se le llama comburente, en la reacción se forman dióxido de
carbono y agua y se desprende gran cantidad de energía en forma de
luz y calor
Ejemplo:
ÍNDICE
Reacción de sodio y potasio con agua
Formación de bromuro de aluminio
Reacciones con oxígeno
Síntesis de Nylon
Formación bromuro de aluminio
Bicarbonato con vinagre