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REACCIONES QUÍMICAS

Piensa en una reacción química. Seguramente pensaste en la combustión, es normal, es una de las reacciones que más nos marcaron como especie desde siempre. 

Pero ¿qué ocurre en una combustión? Un combustible, sea madera, alcohol, gasolina, o papel se transforma es otras sustancias como cenizas y humo y se desprende gran cantidad de calor en forma de llama.

Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias, que llamamos reactivos, se transforman en otras, que llamamos productos.

 

ECUACIONES QUÍMICAS

Tenemos que distinguir bien dos cosas. Por un lado lo que es la reacción química, que es algo físico que ocurre, y por otro la ecuación química, que es la representación con fórmulas de la reacción química.

Por ejemplo, encendemos la cocina de butano, ¿qué reacción tiene lugar? Pues la combustión del butano que proporciona calor para cocinar y unos gases que no vemos pero que también se desprenden, de la misma forma que se consume también otro gas que es el oxígeno. 

Para representar mejor esta reacción usaremos una ecuación química:

En la ecuación química representamos la reacción química colocando a la izquierda de la flecha los reactivos, las sustancias que hacemos reaccionar, y a la derecha de la flecha los productos, las sustancias que se obtienen de la reacción.

AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

Las ecuaciones químicas son las representaciones de las reacciones químicas o transformaciones químicas, y constan de dos miembros; en el primero se indican las fórmulas de las sustancias iniciales, que se denominan reactivos, y en el segundo las de las sustancias que se obtienen, y se denominan productos. Los miembros se separan por una flecha (-->) para señalar el sentido de una reacción o dos flechas con los sentidos contrarios (<-->) para indicar que la reacción está en equilibrio, es decir, que coexisten sustancias reaccionantes y productos. 

Como por ejemplo, en la combustión del metano se produce dióxido de carbono y agua. La ecuación que representa esta reacción es: 

CH4 + O2 → CO2 + H2O

Para que la ecuación cumpla con la ley de conservación de la masa es imprescindible que esté ajustada o igualada, es decir, que haya el mismo número de átomos en cada miembro de la ecuación. Se utilizan entonces unos números, los coeficientes estequiométricos, que se colocan delante de las fórmulas e indican el número relativo de moléculas.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2

En determinados casos hace falta especificar el estado físico: sólido (s), líquido (l), gas (g), o disolución acuosa (aq), en que se encuentran las sustancias en las condiciones de la reacción. 

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) 

En las ecuaciones ajustadas podemos hacer dos lecturas: una microscópica, por ejemplo, una molécula de metano con dos moléculas de oxígeno produce una molécula de dióxido de carbono y dos de agua, esto es poco práctico aunque didáctico porque nunca vamos a trabajar con tan poca materia, más interesante es la lectura macroscópica, por ejemplo, un mol de metano con dos moles de oxígeno produce un mol de dióxido de carbono y dos moles de agua. Esto será particularmente útil cuando realicemos cálculos estequiométricos.

Si en la reacción intervienen ións, hay que igualar, además, eléctricamente, para que cumpla la ley de conservación de la carga. Como por ejemplo: 

Zn + Ag+ → Zn2+ + Ag 

Zn(s) + 2 Ag+(aq) → Zn2+(aq) + 2 Ag(s) 

Método para ajustar ecuaciones químicas: el método más sencillo es el de tanteo, se contarán los átomos de cada elemento en reactivos y productos y se colocarán los coeficientes delante de las fórmulas para que los elementos queden igualados, debes dejar para ajustar al final los elementos que aparezcan en varias fórmulas en reactivos o productos. Ten en cuenta que al ajustar un elemento puedes desajustar otro, por tanto repasa todo al final. 

Un ejemplo: Combustión del propano

C3H8 + O2 → CO2 + H2O

El oxígeno participa en más de un compuesto en productos, lo dejaremos para el final. Empezamos por el C, 3 carbonos en reactivos y 1 carbono en productos, necesitamos 3 moléculas de CO2 para ajustarlo.

C3H8 + O23 CO2 + H2O

Seguimos con el H, 8 hidrógenos en reactivos y 2 hidrógenos en productos, necesitamos 4 moléculas de H2O para ajustarlo.

C3H8 + O23 CO2 + 4 H2O

Sólo nos faltan los O, 2 oxígenos en reactivos y 3·2+4·1=10 en productos, necesitamos 5 moléculas de O2 en reactivos para ajustarlo.

C3H8 + 5 O23 CO2 + 4 H2O

Ya está la ecuación ajustada, el coeficiente del propano es 1 aunque no se escriba. Recuerda que lo que no puedes modificar son los coeficientes de cada elemento dentro de las moléculas, ya que cambiarías las sustancias, sólo podemos modificar el número de moléculas.

EJERCICIOS PARA PRACTICAR


TIPOS DE REACCIONES

Podemos clasificar las reacciones químicas en cuatro grandes grupos:

1.- Reacciones de síntesis:

2 H2 + O2 →  2 H2O

A partir de los elementos obtenemos un compuesto.

2.- Reacciones de metátesis:

Na2CO3 + CaCl2 → CaCO3 + 2 NaCl

Se produce un intercambio entre dos compuestos, en el ejemplo se ve favorecido por la precipitación de carbonato de calcio.

3.- Reacciones de neutralización, o ácido-base:

HCl + NaOH → NaCl + H2O

Según el modelo de Brönsted-Lowry se denominan también reacciones e transferencia protónica.

4.- Reacciones Redox: 

Zn + Cu2+ → Cu + Zn2+

También denominadas reacciones de transferencia de electrones.

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Las ecuaciones químicas ajustadas nos van a permitir realizar cálculos cuantitativos en las reacciones químicas. Si conocemos la cantidad de reactivo de que disponemos podemos calcular la cantidad de producto teórica que podemos obtener. Debido a que podemos hacer una interpretación macroscópica de las ecuaciones químicas podemos conocer las proporciones en moles que se establecen entre los reactivos y productos. Conociendo los moles, no sólo conocemos el número de partículas, también las masa y en el caso de gases los volúmenes que reaccionan.

Para la reacción anterior, la combustión del metano, podemos encontrar unas posibles masa que pueden reaccionar y obtenerse, transformando los moles en masa:

C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

1 mol + 5 mol  → 3 mol + 4 mol

44g + 5·32g  → 3·44g + 4·18g

La ecuación ajustada nos proporciona la siguiente información: 1 mol de C3H8 con 5 moles de O2 nos permiten obtener 3 moles de CO2 y 4 moles de H2O.

Si calculamos las masas molares podemos decir: 44g de C3H8 con 5·32g de O2 nos permiten obtener 3·44g de CO2 y 4·18g de H2O.

Estas relaciones en masa nos permiten hacer cálculos químicos, que llamaremos cálculos estequiométricos.

Ejemplo: La descomposición térmica del carbonato de calcio produce óxido de calcio, o cal viva, y dióxido de carbono. Calcula la masa de cal que podemos obtener a partir de 500g de carbonato de calcio.

1.- Cálculos con masas.

Son los más sencillos, primero ajustamos la ecuación química, hacemos una lectura en moles, debajo de los moles ponemos la incógnita y el dato que nos dan, y por último planteamos una proporción. No olvides poner las unidades a la respuesta.

EJERCICIOS PARA PRACTICAR

2.- Cálculos con gases en condiciones normales.

Hacemos lo mismo que en el caso anterior, pero los moles de las sustancias que sean gases, y estén en condiciones normales, los ponemos en litros, sabiendo que un mol de cualquier gas ocupa 22,4L en C.N.

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3.- Cálculos con gases en condiciones no normales.

Si nos dan unas condiciones que no son condiciones normales, es decir, T=0ºC y P=1atm, usamos la ecuación de los gases, PV=nRT para calcular el volumen de gas en las nuevas condiciones. 

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4.- Cálculos con reactivos en disolución.

Cuando algún dato es un volumen de una disolución de determinada concentración, debemos calcular los moles de soluto puro o la masa de soluto puro para realizar los cálculos.

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5.- Cálculo del reactivo limitante.

Cuando se realiza una reacción se suele utilizar uno de los reactivos en exceso para garantizar dos cosas, que el reactivo que está en menor proporción reacciona completamente y que la reacción transcurra a más velocidad.

Si en un problema nos dan sólo la cantidad de un reactivo debemos suponer que los demás están en exceso, aunque no lo digan. Pero a veces nos dan datos de dos reactivos. En este caso debemos calcular el reactivo limitante que será el que esté en menor proporción y será el que nos condicione la cantidad máxima de productos que podemos obtener. Si los coeficientes estequiométricos fueran todos 1, bastaría comparar los moles de cada reactivos para saber el que está en menor proporción, pero si los coeficientes son distintos debemos calcular para cada reactivos el cociente entre el número de moles y el coeficiente que tiene en la ecuación, el reactivo con este cociente menor será el reactivo limitante y será el único que usaremos para los cálculos.

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6.- Cálculos con reactivos no puros.

Si los reactivos no son puros debemos calcular cuanto reactivo puro hay en la cantidad de reactivo impurificado que nos dan. Y usaremos ese valor para los cálculos.

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7.- Cálculo del rendimiento.

Por varios motivos las reacciones no suelen ser completas, es decir, se suele obtener menos producto que el teóricamente calculado. El rendimiento de una reacción es el cociente en porcentaje entre la cantidad real que se obtiene de un producto y la cantidad teórica.

EJERCICIOS PARA PRACTICAR

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