1. Reacciones químicas

Una reacción química es un proceso por el cual unas sustancias iniciales (reactivos) se transforman en otras sustancias (productos). Las reacciones químicas se representan mediante una ecuación química, donde en el primer término se representan las fórmulas de los reactivos y en el segundo término, los productos.

2. Ley de conservación de la masa

La ley de la conservación de la masa dice que en una reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos de la reacción.

Todas las reacciones químicas presentan las siguientes características:

• Los átomos permanecen, ni se forman átomos nuevos ni desaparecen.

• Los átomos únicamente se reordenan a partir de los reactivos para formar los productos.

• Tienen lugar con intercambio de energía. Se distinguen entre reacciones exotérmicas, si emiten energía, y endotérmicas, si absorben energía.

3. Ecuaciones químicas

Una ecuación química es la representación abreviada de una reacción química mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen.

Todas las reacciones químicas deben cumplir la ley de conservación de la masa. Para ello, tiene que haber el mismo número de átomos de cada tipo a ambos lados de la igualdad. Esto se consigue ajustando la reacción, es decir, añadiendo delante de cada fórmula un número llamado coeficiente estequiométrico.

Ajuste por tanteo

Consiste en conseguir que, en una ecuación química, el número de átomos de cada especie en los reactivos coincida con el de los productos. Es decir, consiste en calcular los coeficientes estequiométricos de cada reacción. Si éstos son fraccionarios, se multiplica la ecuación por el número adecuado para que se transformen en números enteros.

Ejemplo: Ajuste de la ecuación química correspondiente a la reacción de oxidación del butano para dar dióxido de carbono y vapor de agua, C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O.

Para comenzar, se elige un elemento, preferiblemente el que intervenga en el menor número de especies. Si hay varios que cumplen esta condición se hace en orden.

En este caso, empezamos por el C: En el primer término de la ecuación hay una molécula de C₄H₁₀ (4 átomos de C y 10 de H), por lo que habrá que poner delante del CO₂ un coeficiente estequiométrico que me permita obtener 4 C.

C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + H₂O

Se continúa con el H: Sabemos que en el primer término de la ecuación hay 10, por lo que habrá que poner delante del H₂O un coeficiente estequiométrico que permita obtener 10 H.

C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

El último elemento es el O, que interviene en dos especies. En el primer término de la ecuación hay 2 O y en el segundo hay 13 (4x2 + 5x1). Para balancear el número de O se necesita poner delante del O₂ un coeficiente estequiométrico que al multiplicarlo por 2 resulte 13 O.

C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Para eliminar los coeficientes estequiométricos fraccionarios, se multiplica toda la ecuación química por el numero adecuado para que se transformen en números enteros. En este caso, por 2:

2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Antes de acabar el problema, conviene comprobar el ajuste.

Ajuste algebraico

Na₂SO₄ + BaCl₂ → NaCl + BaSO₄

Se asigna una letra a cada coeficiente estequiométrico, por orden alfabético y de izquierda a derecha.

a Na₂SO₄ + b BaCl₂ → c NaCl + d BaSO₄

A cada elemento se le aplica su particular balance de materia. Siempre se obtendrá una ecuación menos que incógnitas.

Na: 2a=c S: a =d O: 4a=4d→a=d Ba: b=d Cl: 2b=c

Se asigna un valor arbitrario a cualquiera de los coeficientes (generalmente, se asigna 1 a la ecuación más simple), se resuelve el resto de ecuaciones y se sustituyen los coeficientes en la reacción.

a=d=b=1 c=2a=2

1 Na₂SO₄ + 1 BaCl₂ → 2 NaCl + 1 BaSO₄

En caso de existir coeficientes fraccionarios, se multiplica toda la ecuación química por el numero adecuado para que se transformen en números enteros. Por último, se comprueba el ajuste antes de proseguir.

Interpretación de las ecuaciones químicas

Las ecuaciones químicas proporcionan una información cualitativa, indicando los reactivos y los productos, y su estado físico. Pero, además, si la ecuación está bien ajustada, los coeficientes estequiométricos proporcionan información cuantitativa:

4. Cálculos con ecuaciones químicas. Estequiometría.

4.1 Cálculos con masa

A partir de la ecuación química ajustada de una reacción, si se conoce la cantidad de una de las sustancias que intervienen en una reacción (reactivos o productos), se puede calculas las cantidades de las demás sustancias.

Los coeficientes estequiométricos de una reacción ajustada indican cantidades de sustancias (moles) y permiten establecer la relación entre las cantidades de las sustancias que reaccionan o se forman.

4.2 Cálculos con volumen

En las reacciones químicas donde las sustancias que intervienen son gases en las mismas condiciones de presión y temperatura, se puede realizar los cálculos directamente con volúmenes. En este caso, los coeficientes estequiométricos indican también la relación entre volúmenes de los gases que reaccionan o se forman en la reacción.

5. Teoría de las colisiones

La teoría de las colisiones establece que para que se produzca una reacción química entre dos sustancias se debe producir una colisión eficaz entre sus partículas. Para ello, se deben cumplir estas dos condiciones:

• Las moléculas de los reactivos deben tener la energía adecuada para que en el choque se produzca la ruptura de los enlaces en las moléculas de los reactivos y la posterior formación de enlaces nuevos en las moléculas de los productos.

• Las moléculas de los reactivos deben colisionar con la orientación adecuada para que la reacción se produzca.

6. Velocidad de las reacciones químicas

Se denomina velocidad de una reacción química a la rapidez con la que los reactivos se transforman en los productos. Entre los factores que influyen en la velocidad de una reacción química se encuentran la temperatura, la concentración de los reactivos, el grado de división de los mismos y el uso de catalizadores.

Temperatura

Concentración

Grado de división

Uso de catalizadores

7. Tipos de reacciones químicas

Los tipos de reacciones más importantes son: síntesis, descomposición, sustitución y combustión.

Hay otros tipos de reacciones químicas, en función del tipo de sustancias que reacciona, como son las reacciones entre ácidos y bases o las de oxidación y reducción, que verás en cursos posteriores.

7.1 Combinación o síntesis

Dos o más sustancias sencillas se unen ara formar un producto más complejo:

A + B → AB

7.2 Descomposición

Se obtienen varias sustancias a partir de una más compleja:

AB → A + B

7.3 Sustitución

Un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto se sustituye por otro (sustitución simple); dos elementos o grupos de elementos se desplazan mutuamente (doble sustitución).

A + BC → AC + B

AB + CD → AD + CB

7.4 Combustión

Una sustancia llamada combustible reacciona con oxígeno, formándose siempre dióxido de carbono y vapor de agua.

2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O