Reacciones químicas practica, Apuntes de Química

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REACCIONES QUÍMICAS

Profesor: Quím. Jorge C. Rojas Ramos

CICLO PREUNIVERSITARIO 2018 - II

Logro

Al término de la sesión, el alumno estará en la capacidad de lo siguiente:

 Reconocer un fenómeno químico a partir de las evidencias que señalan

una posible reacción.

 Diferenciar los tipos de reacciones en función de las ecuaciones químicas.

 Balancear la ecuación química con los diferentes métodos existentes.

Son transformaciones que experimenta la materia produciendo cambios en las sustancias para formar otras con estructura, composición, características y propiedades diferentes. En este tipo de fenómenos se observa la ruptura de enlaces de las sustancias iniciales (reactantes) y la formación de nuevos enlaces que dan lugar a la aparición de nuevas sustancias (productos), los que originan un reordenamiento de los átomos, sin cambiar su identidad.

1. REACCIONES QUÍMICAS

El experimento muestra la reacción del aluminio metálico con ácido clorhídrico, formándose un sólido y un gas ligero (hidrógeno gaseoso) por desplazamiento con agua. 2𝐴𝑙(𝑠) + 6𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 2𝐴𝑙𝐶𝑙 3 (𝑠) + 3𝐻 2 (𝑔) reactantes productos La ecuación química balanceada de la reacción será:

2. ECUACIÓN QUÍMICA

Una ecuación química es la representación simbólica de una reacción química. En ella se representan los reactantes y productos, así como sus estados físicos y otras características adicionales que nos permiten tener una idea más exacta de la ocurrencia de dicha reacción. Veamos la ecuación que representa la combustión del metano: 𝐶𝐻 4 (𝑔)

Reactantes: sustancias que reaccionan Productos: sustancias que se forman Indica el estado físico de la sustancia (gas) Indica el sentido de la reacción: se lee: “para formar o producir” Coeficiente estequiométrico El coeficiente estequiométrico es un número que indica la proporción en moléculas, o moles en que dicha sustancia interviene en la reacción; si es 1 , no se escribe en general.

T I P O S D E R E A C C I O N E S

Por la naturaleza de los reactantes Reacción de Adición o Síntesis A + B → C Reacción de Sustitución o desplazamiento simple A + BC → AC + B Reacción de doble sustitución o metátesis AB + CD → AD + BC Reacción de descomposición C ∆ A + B Reacción de Isomerización o reagrupamiento interno ABC → CAB Por la Energía Involucrada Reacción Endotérmica A + B + Q → C , ∆H > 0 Reacción Exotérmica A + B → C + Q , ∆H < 0 Por la composición final o Por el sentido de la Reacción Reacción Reversible A + B ⇄ C (^) Reacción Irreversible A + B → C Por el número de Oxidación Mg + 2HC l → MgC l 2 + H 2 0 + 1 - 1 +2 - 1 0 NaOH + HC l → NaC l **+ H 2 O

• 1 - 2 +1 +1 - 1 +1 - 1 +1 - 2 Por su Combustión** Reacción de Combustión Completa CxHy + O2 exceso → CO 2 + H 2 O + Q Reacción de Combustión Incompleta CxHy + O2 poco → CO + C + H 2 O + Q ∆H : variación de entalpia Reacción Redox (^) Reacción no Redox

CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS

1. POR LA NATURALEZA DE LOS REACTANTES:

a. Reacción de adición, síntesis o combinación. 𝐴 + 𝐵 → 𝐶 Ejemplos: Síntesis de Lavoisier

Síntesis de Haber Bosch

b. Reacción de descomposición. 𝐴𝐵 ∆ 𝐴 + 𝐵 Ejemplos: 2𝑁𝑎𝐶𝑙 2𝑁𝑎 + 𝐶𝑙 2 corriente eléctrica Electrólisis

luz Fotólisis 2 𝐾𝐶𝑙𝑂 3 2𝐾𝐶𝑙 + 3𝑂 2 ∆ Pirrólisis

c. Reacción de metátesis o doble desplazamiento (No redox). 𝐴𝐵 + 𝐶𝐷 → 𝐴𝐷 + 𝐶𝐵 Ejemplos: 𝐴𝑔𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠) + 𝑁𝑎𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) Reacción de precipitación 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝐻 2 𝑂(𝑎𝑐) Reacción de neutralización d. Reacción de Isomerización o reagrupamiento interno. 𝐴𝐵𝐶 → 𝐶𝐵𝐴 CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 3 Ejemplo: 700 oC CH 3 – CH 2 – CH 3 CH 3

2. POR LA ENERGIA INVOLUCRADA:

a. Reacción endotérmica ( ∆𝑯 > 𝟎 ) Ejemplo: 2𝐻 2 𝑂(𝑔) + 241 , 8 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 → 2 𝐻 2 (𝑔) + 𝑂 2 (𝑔) 2𝐻 2 𝑂(𝑔) → 2 𝐻 2 (𝑔) + 𝑂 2 (𝑔) ∆𝐻^ =^ +^241 ,^8 𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙 Energía potencial Avance de la reacción

Estado activado ∆𝐻(+) reactivos productos Es una reacción en la que hay una ganancia neta de energía generalmente en forma de calor. Disminuye la temperatura de los alrededores y se observa que 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 < 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠. En todo proceso químico, en forma neta se libera o absorbe energía. Esta energía (calor) involucrada esta definida por la entalpia de reacción ( ∆𝐻𝑟𝑥𝑛 ) ∆𝐻𝑟𝑥𝑛= 𝐻𝑝𝑟𝑜𝑑. − 𝐻𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡.

3. POR EL SENTIDO DE LA REACCIÓN

a. Reacción Irreversible Ejemplos: Ocurren en un solo sentido (→) hasta que la reacción sea completa; es decir, hasta que se agote uno o todos los reactantes. Generalmente ocurren cuando se forman precipitados, se liberan gases en recipientes abiertos o se forman productos muy estables que no reaccionan para formar las sustancias iniciales o reactantes. 𝐶𝑎𝐶𝑂 3 (𝑠) → 𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂 2 (𝑔) 𝐴𝑔𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠) + 𝑁𝑎𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝐻 2 𝑂(𝑎𝑐) b. Reacción Reversible Es aquella donde la reacción ocurre en ambos sentidos (⇄). Generalmente se lleva a cabo en un sistema cerrado. Ejemplos: 𝑁 2 (𝑔) + 3𝐻 2 (𝑔) ⇄ 2𝑁𝐻 3 (𝑔) 𝐻 2 (𝑔) + 𝐼 2 (𝑔) ⇄ 2𝐻𝐼(𝑔)

3. POR EL SENTIDO DE LA REACCIÓN

a. Reacción Irreversible Ejemplos: Ocurren en un solo sentido (→) hasta que la reacción sea completa; es decir, hasta que se agote uno o todos los reactantes. Generalmente ocurren cuando se forman precipitados, se liberan gases en recipientes abiertos o se forman productos muy estables que no reaccionan para formar las sustancias iniciales o reactantes. 𝐶𝑎𝐶𝑂 3 (𝑠) → 𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂 2 (𝑔) 𝐴𝑔𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠) + 𝑁𝑎𝑁𝑂 3 (𝑎𝑐) 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝐻 2 𝑂(𝑎𝑐) b. Reacción Reversible Es aquella donde la reacción ocurre en ambos sentidos (⇄). Generalmente se lleva a cabo en un sistema cerrado. Ejemplos: 𝑁 2 (𝑔) + 3𝐻 2 (𝑔) ⇄ 2𝑁𝐻 3 (𝑔) 𝐻 2 (𝑔) + 𝐼 2 (𝑔) ⇄ 2𝐻𝐼(𝑔)

REACCIÓN REDOX

Son aquellas que ocurren mediante transferencia de electrones; donde una sustancia cede electrones (se oxida) a otra que acepta electrones (se reduce). La gran mayoría de reacciones son redox, como la oxidación de un metal, combustión del gas propano, la reacción que ocurre en la pila y batería, etc. Reducción Oxidación En ella se ganan electrones, su estado o número de oxidación disminuye, actúa como agente oxidante y genera la forma reducida. En ella se pierden electrones, su estado o número de oxidación aumenta, actúa como agente reductor y genera la forma oxidada. − 5 − 4 − 3 − 2 − 1 0 + 1 + 2 + 3 + 4 + 5 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑐𝑖ó𝑛/𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑟𝑎 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 /𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑜𝑥𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒

Tipos:

• Intermolecular: La transferencia de electrones se establece entre especies diferentes. Ejemplo: 𝐹𝑒 2 𝑂 3 + 𝐶𝑂 → Fe + 𝐶𝑂 2 +3 +2 0 +
• Dismutación o desproporción: La especie se oxida y reduce a la vez. Ejemplo: 𝐾𝐶𝑙𝑂 3 → 𝐾𝐶𝑙 + 𝑂 2 +5 −𝟐 −𝟏 0 reducción oxidación
• Intramolecular: La transferencia de electrones se establece entre elementos dentro de una especie. Ejemplo: 𝐻 2 𝑂 2 → 𝐻 2 𝑂 + 𝑂 2 −𝟏 −𝟐^ 𝟎 oxidación reducción oxidación reducción

BALANCE DE ECUACIONES QUÍMICAS

Consiste en igualar el número de átomos de los elementos y la masa en ambos lados de las ecuaciones químicas. Es importante porque permite realizar cálculos estequiométricos en las ecuaciones químicas. Simple tanteo o inspección Cambios de estado de oxidación Ion electrón Se aplica a ecuaciones sencillas en el siguiente orden:

1. Metal
2. No metal
3. Hidrógeno
4. Oxígeno Se aplica a reacciones redox donde intervienen sustancias eléctricamente neutras Se aplica a reacciones redox en disolución acuosa en las que intervienen unidades electrizadas (iones) y neutras. Se forman semirreacciones de oxidación y reducción En medio ácido ( 𝑯

) En medio básico ( 𝑶𝑯 − )

EJEMPLOS APLICATIVOS

Ejemplo – 1 Balancear la siguiente ecuación química 𝐻 3 𝑃𝑂 4 + 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 → 𝐶𝑎 3 𝑃𝑂 4 2 + 𝐻 2 𝑂 En primer lugar balanceamos el calcio 𝐻 3 𝑃𝑂 4 + 3 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 → 𝐶𝑎 3 𝑃𝑂 4 2 + 𝐻 2 𝑂 Luego balanceamos el fósforo colocando el coeficiente 2 delante del 𝐻 3 𝑃𝑂 4 2 𝐻 3 𝑃𝑂 4 + 3 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 → 𝐶𝑎 3 𝑃𝑂 4 2 + 𝐻 2 𝑂 Balanceamos el hidrógeno colocando el coeficiente 6 delante del H 2 O 2 𝐻 3 𝑃𝑂 4 + 3 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2 → 𝐶𝑎 3 𝑃𝑂 4 2 + 6 𝐻 2 𝑂 Analizamos finalmente el oxígeno, en el primer miembro hay 14 átomos de oxígeno ( 2 x 4 + 3 x 2 ) y en el segundo miembro hay 14 átomos de oxígeno ( 4 x 2 + 1 ), lo que significa que la ecuación esta balanceada.

MÉTODO DE SIMPLE TANTEO O INSPECCIÓN