4. Reaccións

Principal Enunciados

REACCIÓNS QUÍMICAS

Pensa nunha reacción química. Seguramente pensaches na combustión, é normal, é unha das reaccións que máis nos marcaron como especie desde sempre.

Pero que ocorre nunha combustión? Un combustible, sexa madeira, alcohol, gasolina, ou papel transfórmase en outras sustancias como cinzas e fume e despréndese gran cantidade de calor en forma de chama.

Unha reacción química é un proceso no que unhas substancias, que chamamos reactivos, transfórmanse noutras, que chamamos produtos.

 

ECUACIÓNS QUÍMICAS

Temos que distinguir ben dúas cousas. Por unha banda o que é a reacción química, que é algo físico que ocorre, e por outro a ecuación química, que é a representación con fórmulas da reacción química.

Por exemplo, acendemos a cociña de butano, que reacción ten lugar? Pois a combustión do butano que proporciona calor para cociñar e uns gases que non vemos pero que tamén se desprenden, da mesma forma que se consome tamén outro gas que é o osíxeno.

Para representar mellor esta reacción usaremos unha ecuación química:

Na ecuación química representamos a reacción química colocando á esquerda da frecha os reactivos, as substancias que facemos reaccionar, e á dereita da frecha os produtos, as substancias que se obteñen da reacción.

AXUSTE DE ECUACIÓNS QUÍMICAS

As ecuacións químicas son as representacións das reaccións químicas ou transformacións químicas, e constan de dous membros; no primeiro indícanse as fórmulas das substancias iniciais, que se denominan reactivos, e no segundo as das substancias que se obteñen, e denomínanse produtos. Os membros sepáranse por unha frecha (-->) para sinalar o sentido dunha reacción ou dúas frechas cos sentidos contrarios (<-->) para indicar que a reacción está en equilibrio, é dicir, que coexisten surstancias reaccionantes e produtos. 

Por exemplo, na combustión do metano prodúcese dióxido de carbono e auga. A ecuación que representa esta reacción é:

CH4 + O2 → CO2 + H2O

Para que a ecuación cumpra coa lei de conservación da masa é imprescindible que estea axustada ou igualada, é dicir, que haxa o mesmo número de átomos en cada membro da ecuación. Utilízanse entón uns números, os coeficientes estequiométricos, que se colocan diante das fórmulas e indican o número relativo de moléculas.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2

En determinados casos fai falta especificar o estado físico: sólido (s), líquido (l), gas (g), ou disolución acuosa (aq), en que se atopan as substancias nas condicións da reacción.

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) 

Nas ecuacións axustadas podemos facer dúas lecturas: unha microscópica, por exemplo, unha molécula de metano con dúas moléculas de osíxeno produce unha molécula de dióxido de carbono e dous de auga, isto é pouco práctico aínda que didáctico porque nunca imos traballar con tan pouca materia, máis interesante é a lectura macroscópica, por exemplo, un mol de metano con dous moles de osíxeno produce un mol de dióxido de carbono e dous moles de auga. Isto será particularmente útil cando realicemos cálculos estequiométricos.

Se na reacción interveñen ións, hai que igualar, ademais, electricamente, para que cumpra a lei de conservación da carga. Por exemplo:

Zn + Ag+ → Zn2+ + Ag 

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

Método para axustar ecuacións químicas: o método máis sinxelo é o de tenteo, contaranse os átomos de cada elemento en reactivos e produtos e colocaranse os coeficientes diante das fórmulas para que os elementos queden igualados, debes deixar para axustar ao final os elementos que aparezan en varias fórmulas en reactivos ou produtos. Ten en conta que ao axustar un elemento podes desaxustar outro, xa que logo repasa todo ao final.

Un exemplo: Combustión do propano

C3H8 + O2 → CO2 + H2O

O osíxeno participa en máis dun composto en produtos, deixarémolo para o final. Empezamos polo C, 3 carbonos en reactivos e 1 carbono en produtos, necesitamos 3 moléculas de CO2 para axustalo.

C3H8 + O23 CO2 + H2O

Seguimos co H, 8 hidróxenos en reactivos e 2 hidróxenos en produtos, necesitamos 4 moléculas de H2O para axustalo.

C3H8 + O23 CO2 + 4 H2O

Só nos faltan os O, 2 osíxenos en reactivos e 3·2+4·1=10 en produtos, necesitamos 5 moléculas de O2 en reactivos para axustalo.

C3H8 + 5 O23 CO2 + 4 H2O

Xa está a ecuación axustada, o coeficiente do propano é 1 aínda que non se escriba. Recorda que o que non podes modificar son os coeficientes de cada elemento dentro das moléculas, xa que cambiarías as substancias, só podemos modificar o número de moléculas.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR


TIPOS DE REACCIÓNS

   Podemos clasificar as reaccións químicas en seis grandes grupos:

1.- Reaccións de síntese:

2 H2 (g) + O2 (g) →  2 H2O (l)

   A partir dos elementos obtemos un composto.

2.- Reaccións de descomposición:

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

   Unha única sustancia descomponse en varias.

3.- Reaccións de desprazamento.

Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu(NO3)2 (aq) + 2 Ag (s)

   Un elemento máis activo reemplaza a outro menos activo nun composto.

4.- Reaccións de dobre desprazamento:

Na2CO3 (aq) + CaCl2 (aq) → CaCO3 (s) + 2 NaCl (aq)

   Prodúcese un intercambio entre dous compostos, no exemplo vese favorecido pola precipitación de carbonato de calcio.

5.- Reaccións de neutralización, ou ácido-base:

HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)

   Segundo o modelo de Brönsted-Lowry denomínanse tamén reaccións e transferencia protónica.

6.- Reaccións Redox: 

Zn (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)

    Tamén denominadas reaccións de transferencia de electróns.

CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

As ecuaciones químicas axustadas vannos a permitir realizar cálculos cuantitativos nas reaccións químicas. Se coñecemos a cantidade de reactivo de que dispoñemos podemos calcular a cantidade de produto teórica que podemos obter. Debido a que podemos facer unha interpretación macroscópica das ecuaciones químicas podemos coñecer as proporcións en moles que se establecen entre os reactivos e produtos. Coñecendo os moles, non só coñecemos o número de partículas, tamén as masa e no caso de gases os volumes que reaccionan.

Para a reacción anterior, a combustión do metano, podemos atopar unhas posibles masa que poden reaccionar e obterse, transformando os 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

A ecuación axustada proporciónanos a seguinte información: 1 mol de C3H8 con 5 moles de O2 permítennos obter 3 moles de CO2 e 4 moles de H2O.

Se calculamos as masas molares podemos dicir: 44g de C3H8 con 5·32g de O2 permítennos obter 3·44g de CO2 e 4·18g de H2O.

Estas relacións en masa permítennos facer cálculos químicos, que chamaremos cálculos estequiométricos.

Exemplo: A descomposición térmica do carbonato de calcio produce óxido de calcio, ou cal vivo, e dióxido de carbono. Calcula a masa de cal que podemos obter a partir de 500g de carbonato de calcio.

1.- Cálculos con masas.

Son os máis sinxelos, primeiro axustamos a ecuación química, facemos unha lectura en moles, debaixo dos moles poñemos a incógnita e o dato que nos dan, e para rematar suscitamos unha proporción. Non esquezas poñer as unidades á resposta.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

2.- Cálculos con gases en condicións normais.

Facemos o mesmo que no caso anterior, pero os moles das substancias que sexan gases, e estean en condicións normais, poñémolos en litros, sabendo que un mol de calquera gas ocupa 22,4L en C.N.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

3.- Cálculos con gases en condicións non normais.

Se nos dan unhas condicións que non son condicións normais, é dicir, T=0ºC e P=1atm, usamos a ecuación dos gases, PV=nRT para calcular o volume de gas nas novas condicións.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

4.- Cálculos con reactivos en disolución.

Cando algún dato é un volume dunha disolución de determinada concentración, debemos calcular os moles de soluto puro ou a masa de soluto puro para realizar os cálculos.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

5.- Cálculo do reactivo limitante.

Cando se realiza unha reacción adóitase utilizar un dos reactivos en exceso para garantir dúas cousas, que o reactivo que está en menor proporción reacciona completamente e que a reacción transcorra a máis velocidade.

Se nun problema nos dan só a cantidade dun reactivo debemos supoñer que os demais están en exceso, aínda que non o digan. Pero ás veces dannos datos de dous reactivos. Neste caso debemos calcular o reactivo limitante que será o que estea en menor proporción e será o que nos condicione a cantidade máxima de produtos que podemos obter. Si os coeficientes estequiométricos fosen todos 1, bastaría comparar os moles de cada reactivos para saber o que está en menor proporción, pero si os coeficientes son distintos debemos calcular para cada reactivos o cociente entre o número de moles e o coeficiente que ten na ecuación, o reactivo con este cociente menor será o reactivo limitante e será o único que usaremos para os cálculos.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

6.- Cálculos con reactivos non puros.

Se os reactivos non son puros debemos calcular canto reactivo puro hai na cantidade de reactivo impurificado que nos dan. E usaremos ese valor para os cálculos.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

7.- Cálculo do rendemento.

Por varios motivos as reaccións non adoitan ser completas, é dicir, adóitase obter menos produto que o teóricamente calculado. O rendemento dunha reacción é o cociente en porcentaxe entre a cantidade real que se obtén dun produto e a cantidade teórica.

EXERCICIOS PARA PRACTICAR

Principal Enunciados