REACCIONES QUÍMICAS. Para determinar cuáles

REACCIONES QUÍMICAS.
Para determinar cuáles serán los productos en una reacción química, a menudo es de mucha
ayuda pensar en términos de tipos de reacción. Pero es solamente el comienzo, puesto que es
también necesario el conocimiento de las propiedades químicas de la sustancia considerada en
particular. Cuanto mayor sea su conocimiento en química, mayor su habilidad en predecir los
productos de reacciones químicas.
Al escribir ecuaciones químicas, primero se debe determinar cuáles serán los productos, luego
debe escribirse la fórmula correcta, para todos los reaccionantes y los productos y finalmente
balancear la ecuación; además debe indicarse el estado físico de cada sustancia.
Para escribir ecuaciones se utilizan varios símbolos y términos. Los reaccionantes siempre se
escriben hacia la izquierda y los productos en la derecha, separados por una flecha sencilla (---> ),
una doble flecha (<=> ). Generalmente es estado físico de los reaccionantes y los productos se
indica por medio de la siguiente notación:
1.
2.
3.
4.
(g) para un gas, ejemplo: CO2(g) .
(l) para un líquido, ejemplo: H2O(l) .
(s) para un sólido, ejemplo: FeS (s)
(ac) para una sustancia en solución acuosa, como es el caso de NaCl(ac).
Un triángulo en una ecuación representa calor. Ese puede escribirse bien sea sobre la flecha para
indicar que el calor es necesario para que ocurra la reacción o en algunos casos se indica como
producto de la reacción.
Los tipos generales de reacciones han sido agrupados en categorías para facilitar su aprendizaje.
Se han considerado los siguientes tipos de reacciones:
1.
2.
3.
4.
5.
Combinación
Descomposición
Simple desplazamiento
Doble desplazamiento
Neutralización
Introducción
La Ecuación Química
En una reacción química , a las sustancias iniciales se les llama reactivos, y a las sustancias que
se originan se les llama productos. Durante una reacción química, los átomos, moléculas o iones
interaccionan y se reordenan entre sí para formar los productos. Durante este proceso se rompen
enlaces químicos y se forman nuevos enlaces. Los reactivos y los productos pueden estar en estado
sólido, líquido o gaseosos, o pueden estar en solución.
Una ecuación química es una expresión taquigráfica de un cambio o reacción de naturaleza
química. Muestra, entre otras cosas, el rearreglo de los átomos que están implicados. Una
ecuación verbal enuncia con palabras en forma de ecuación, las sustancias que participan en
una reacción. Por ejemplo, cuando se calienta el óxido de mercurio (II), se descompone formando
mercurio y oxígeno. La ecuación verbal para esta descomposición es:
Desde el punto de vista químico, este método de describir una reacción es inadecuado. Ocupa
mucho lugar y su uso es complicado; además no da información cuantitativa. La ecuación
química, con símbolos y fórmulas, es un método mucho mejor para describir la descomposición
del óxido de mercurio (II) en mercurio y oxígeno:
Las reacciones químicas también pueden ser representadas mediante modelos moleculares,
dibujando los átomos como si fueran esferas y construyendo así las moléculas de las sustancias
que intervienen en una reacción.
Utilizando los modelos moleculares podemos entender mejor la conservación de la materia en las
reacciones químicas, puesto que el número de esferas de cada clase debe ser el mismo en las
sustancias iniciales y en las finales, es decir, en los reactivos y en los productos.
Esta ecuación da toda la información de la ecuación verbal, y además las fórmulas, la
composición, las cantidades relativas de todas las sustancias involucradas en la reacción, y
más información adicional. Aun cuando una información química da bastante información
cuantitativa, todavía no es una descripción completa; no dice cuánta energía se necesita
para llevar a cabo la descomposición, lo que se observa durante la reacción, o cualquier
indicio acerca de la velocidad. Esta información se debe recopilar de otras fuentes o
mediante experimentación.
Manifestaciones de una reacción química
Un cambio químico se lleva a cabo cuando:

Se produce un gas.

Se produce un sólido insoluble.

Se observa un cambio de color permanentemente.

Se observa producción o absorción de calor:


Exotérmico – se libera calor.

Endotérmico – se absorbe calor.
Pasos para escribir las Ecuaciones Químicas
Una ecuación química usa los símbolos y fórmulas de los reactivos y productos, y otros términos
simbólicos para representar una reacción química. Las ecuaciones se escriben siguiendo los
siguientes pasos:
1.
Los reactivos se separan de los productos con una flecha (
) que indica el sentido de
la reacción. Una flecha doble (
) indica que la reacción se efectúa en ambas
direcciones y establece un equilibrio entre los reactivos y los productos.
2. Los reactivos se colocan a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha. Un signo
(+) se coloca entre cada reactivo y entre cada producto, cuando es necesario.
3. Las condiciones necesarias para efectuar la reacción pueden, si se desea, colocarse arriba
o abajo de la flecha o signo de igualdad. Por ejemplo, una letra delta mayúscula ( )
colocada sobre la flecha (
) indica que se suministra calor a la reacción.
4. Se colocan coeficientes (números enteros) frente a los símbolos de las sustancias (por
ejemplo, 2 H2O) para equilibrar o balancear la ecuación e indicar el número de unidades
fórmula (átomos, moléculas, moles, iones) de cada sustancia que reacciona o que se
produce. Cuando no se indica número alguno, se sobrentiende que se trata de una
unidad fórmula.
5. El estado físico de la sustancias se indica mediante los siguientes símbolos: (s) para el
estado sólido; (l) para el estado líquido; (g) para el estado gaseoso; y (ac) para las
sustancias en solución acuosa.
6. Empiece con las partes más complejas, es decir con los compuestos que tienen varios
elementos. En algunos casos, simplemente consiste en ajustar primero los átomos
diferentes al hidrógeno y al oxígeno.
7. Ajuste el hidrógeno y el oxígeno agregando agua si es necesario, después de que todos los
otros elementos estén balanceados.
8. Deje los elementos en estado libre hasta el último momento, ya que cambiando los
coeficientes de estos sólo cambian esta clase de átomos. Por ejemplo, cuando se escribe
un 2 delante del H2O, se duplica el número de átomos de hidrógeno y oxígeno, pero
cuando se escribe un 2 delante del Al sólo cambia el número de átomos de Al.
9. Para reacciones con iones poliatómicos, ajuste el ion como grupo. Por ejemplo, el SO 4-2 se
ajusta como ion sulfato y no como átomos de S y átomos de O.
10. Generalmente, si aparecen fracciones en la ecuación, se multiplica todo por el número
más pequeño que elimine esta fracción. No es esencial hacer desaparecer las fracciones,
sin embargo, es más simple en la mayoría de los casos. Además asegúrese al final, que
todos los coeficientes estén en relación o proporción más baja posible; si no es el caso,
simplifique.
Considere el siguiente ejemplo:

Recuerde que es conveniente empezar por la sustancia más compleja.
Empezando por el fosfato de magnesio (la parte más compleja) y considerando el fosfato de
magnesio como grupo, escribimos un 2 delante del H3PO4 para ajustar el grupo fosfato y un 3
delante de Mg(OH)2 para ajustar el Mg dando como resultado:
Únicamente nos queda el hidrógeno y el oxígeno. Observando el hidrógeno, hay 12 átomos en la
izquierda y por tanto necesitamos escribir un 6 delante del H2O. De igual forma se ajustan
también los átomos de O que son en total 14. Esto da finalmente:
Para revisar se puede sumar todos lo átomos de Mg, O, H, y P en cada lado de la ecuación. Esto
da:
NÚMEROS DE OXIDACIÓN:
Para comprender las reacciones de oxidación y de reducción es necesario definir inicialmente el
término de número de oxidación. El número de oxidación es un número entero positivo o
negativo que es utilizado para describir la capacidad de combinación de un elemento en un
compuesto. Existen números de oxidación fraccionarios en los átomos de los compuestos, pero no
son comunes en los compuestos inorgánicos. Un ejemplo es el Na2S4O6 (tetrationato de sodio), el
cual el átomo de azufre tiene un número de oxidación promedio igual a 2½ .
La variación en el número de oxidación de un átomo antes de llevarse a cabo la reacción
química y después de realizada, manifiesta la cantidad de electrones ganados o perdidos. Un
cambio positivo se lleva a cabo cuando un átomo pasa del estado libre o no combinado en el
que el número de oxidación es igual a cero, a un estado combinado en el que el número de
oxidación es positivo. Un ejemplo de un cambio negativo puede ser el caso en el que un átomo
pasa de un estado no combinado a un estado combinado con número de oxidación negativo.
Desde hace mucho tiempo se utilizó el término oxidación para los casos en los que un elemento se
combinaba con oxígeno, pero en la actualidad, el término se ha generalizado mucho más,
definiéndose oxidación como el cambio químico en el que se pierde electrones produciéndose
un aumento en el número de oxidación.
La reducción es un cambio química en el que un átomo gana electrones produciéndose una
disminución en el número o estado de oxidación.
Número de oxidación es un número entero positivo o negativo que se utiliza para
describir la capacidad de combinación de un elemento en un compuesto.
Oxidación: Proceso que se lleva a cabo cuando una sustancia se combina con oxígeno, o
todo proceso en el que hay pérdida de electrones.
Se produce un aumento en el
número de oxidación.
Reducción: Proceso que se lleva a cabo cuando una sustancia libera oxígeno, o todo
proceso químico en el que hay una ganancia de electrones.
Se produce una
disminución en el número de oxidación.
En una reacción, cualquiera que sea la sustancia que se oxida, pierde electrones y otra sustancia
los gana, la que a su vez se reduce; por lo tanto la oxidación acompaña a la reducción y la
reducción acompaña a la oxidación. La ecuación se llama entonces de oxidación-reducción (o
ecuación "redox").
En una ecuación de redox, a la sustancia que se oxida se le conoce con el nombre de agente
reductor porque produce la reducción de otra sustancia. A la sustancia que se reduce se le llama
agente oxidante, ya que por el contrario, produce la oxidación de otra sustancia.
Números de Oxidación
Capacidad de combinación o valencia
La capacidad de combinación de un átomo recibe el nombre de valencia. Se representa con un
número que indica el número de enlaces formados.
En la molécula de amoníaco (NH3), el nitrógeno tiene valencia 3, debido a que esta formando
tres enlaces con los átomos de hidrógeno. En tanto que, el hidrógeno tiene valencia 1.
Recuerde que los electrones que participan en la formación de enlaces químicos son los
electrones correspondientes al último nivel del átomo en los elementos representativos. Por
lo anterior, estos electrones se conocen como electrones de valencia.
Números o estados de oxidación
Es estado de oxidación es la carga eléctrica que un átomo parece tener cuando forma parte de
un compuesto.
La carga eléctrica depende de la cantidad de electrones ganados, perdidos o compartidos por un
átomo.
Como ya se dijo anteriormente, si un elemento pierde electrones se oxida, y si el elemento gana
electrones, se reduce. Para comprender más fácilmente lo anterior, analicemos como ejemplo la
formación de bromuro de potasio (KBr) a partir de sus iones. En el caso del bromo, éste se reduce
ya que gana 1 electrón que proviene del potasio que se oxida:
Entonces, el potasio tiene un número de oxidación positivo de +1, y el bromo un número de
oxidación negativo de -1.
Relación entre valencia y el número de oxidación
En la mayoría de los casos, el valor numérico del estado de oxidación coincide con el valor de la
valencia. Por ejemplo, el magnesio tiene un número de oxidación de +2 y su valencia también es
de 2. Lo anterior se debe a que la carga de +2 la adquiere en el momento en que pierde dos
electrones. En general, un número de oxidación positivo para cualquier elemento es igual al
número del grupo del elemento en la tabla periódica.
El número de oxidación negativo para cualquier elemento se puede obtener restando de 8 el
número del grupo y dándole a la diferencia un signo negativo. Por esto el cloro es -1 y el fósforo
tiene número de oxidación de -3 que significa que el fósforo tiene una tendencia de ganar tres
electrones y el cloro 1 electrón.
La valencia de un elemento no tiene signo; el estado de oxidación sí.
Reglas para determinar los números de oxidación
1. Todo elemento en su estado libre (natural o no combinado) tiene como número de
oxidación cero: Fe, Sn, Zn, Na, Ca. Tome en cuenta que hay varias moléculas que en su estado
libre existen como moléculas diatómicas, ejemplo: F2, Cl2, Br2, I2, H2, N2, O2.
2. En los iones monoatómicos el número de oxidación es la carga del ion:
ION
número de
oxidación
Na+
+1
Ca+2
+2
Al+3
+3
+3
+3
Fe
3. En la mayoría de los compuestos, el oxígeno tiene un número de oxidación de -2:
Esto se en el caso de los compuestos covalentes. Una excepción importante son los peróxidos
(compuestos que contienen un grupo O2-2) en los cuales se asigna a cada oxígeno un estado de
oxidación de -1:
Compuesto
número
de
oxidación
del
oxígeno
Na2O
-2
CaO
-2
Al2O3
-2
Cl2O7
-2
4. El compuestos covalentes con no metales se asigna al hidrógeno un número de
oxidación de +1:
Compuesto
número
de
oxidación del
hidrógeno
HCl
+1
H2S
+1
NH3
+1
5. La suma algebráica de los números de oxidación de todos los átomos en la fórmula
de un compuesto es cero. Ejemplo, el ácido nítrico (HNO3), ácido sulfúrico (H2SO4), sulfato de
sodio (Na2SO4)
6. En los iones complejos, la suma algebráica de los números de oxidación de todos sus
átomos es igual a la carga del ion.