TEMA 3. REACCIÓN QUÍMICA

1. LA REACCIÓN QUÍMICA Una REACCIÓN QUÍMICA es un proceso por el cual una o más sustancias, llamadas reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas productos. Las reacciones químicas se representan mediante las ecuaciones químicas: Las transformaciones que ocurren en una reacción química se rigen por la Ley de la conservación de la masa: Los átomos no se crean ni se destruyen durante una reacción química. Los cambios que ocurren en una reacción química simplemente consisten en una reordenación de los átomos. Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está balanceada (ajustada).

2. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA La ley de conservación de la masa fue enunciada por Antoine Lavoisier en 1785. Esta ley se puede justificar en la reorganización atómica que tiene lugar en una reacción química. La ley de conservación de la masa afirma que en toda reacción química la masa se conserva, es decir, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos. ⵉmR = ⵉmP

3. CÁLCULOS QUÍMICOS MOL(n) Fórmula NA M VOLUMEN ÁTOMO MOLÉCULA (N) Gas no c.n: p.V=n.R.T (ecuación gases ideales) Gas c.n (1 atm y 0ºC) 1mol= 22,4 L Fórmula NA M MOL(n) MOLÉCULA (N) ÁTOMO MASA CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN Concentración molar =molaridad: P=presión(atm) 1atm=760mmHg V=volumen(l) 1mL=1cm3 1L=1dm3 n=nºmoles K= ºC+273 T=temperatura(K) M=masa molar (g/mol) m=masa (g) d=densidad (g/L) R=0’082 atm.l/k.moll

4. ESTEQUIOMETRÍA Cuando se trabaja con una reacción química hay que seguir los siguientes pasos: 1. Ajustar la reacción química. 2. Pasar todos los datos a moles. 3. Realizar los cálculos estequiométricos. 4. Pasar los moles a las unidades que nos pidan. 5. Aplicar el concepto de rendimiento de la reacción si tenemos datos. La mayor parte de las sustancias no suelen encontrarse en estado puro. Se llama riqueza al % de sustancia pura que tiene la muestra

4. TERMOQUÍMICA En toda reacción química hay una reestructuración de átomos Según sea el balance energético (comparación de los niveles energéticos de reactivos y productos) ΔE = Ef − Ei = Eproductos − Ereactivos tendremos: Ereactivos<Eproductos El sistema absorbe energía. Ereactivos>Eproductos El sistema desprende energía.

¿Cómo de rápido ocurren las reacciones químicas? 5. CINÉTICA QUÍMICA ¿Cómo de rápido ocurren las reacciones químicas? ¿Qué interés tiene una cuestión como ésta? Nos interesa que la putrefacción de los alimentos transcurra lentamente para que duren más. Por eso los metemos en el frigorífico También nos interesa disminuir la velocidad con que se deteriora la capa de ozono, o con la que se oxidan ciertos metales Por otro lado, puede interesarnos acelerar ciertas reacciones, como la síntesis de amoníaco en la industria química Incluso controlar la velocidad de algunas reacciones rapidísimas, como ocurre con la explosión de la dinamita o con la combustión de los hidrocarburos La cinética química se ocupa del estudio de la rapidez con que se producen las reacciones químicas

5. CINÉTICA QUÍMICA Teoría de las colisiones Existen dos teorías que explican cómo ocurren las reacciones químicas Teoría de las colisiones Gilbert N. Lewis (1918) Teoría del complejo activado Henry Eyring (1935) Lejos de contradecirse la una a la otra, lo que hacen es que se complementan ambas teorías

TEORÍA DE LAS COLISIONES 5. CINÉTICA QUÍMICA TEORÍA DE LAS COLISIONES Sin embargo, la mayoría de los choques no son eficaces. Para que sean eficaces deben de reunir dos condiciones Para que una reacción química tenga lugar, las partículas de los reactivos deben de chocar unas con otras de manera eficaz, de manera que se rompan unos enlaces y se originen otros nuevos dando lugar a diferentes moléculas. Deben de producirse con la suficiente violencia como para romper los enlaces. Es decir, deben de chocar con la suficiente energía cinética Además, las partículas de los reactivos deben de chocar con la orientación adecuada

TEORÍA DEL COMPLEJO ACTIVADO 5. CINÉTICA QUÍMICA TEORÍA DEL COMPLEJO ACTIVADO Cuando las partículas de los reactivos se acercan experimentan un estado de transición de alta energía y corta duración,denominado COMPLEJO ACTIVADO, en la que se están rompiendo y formando enlaces.

FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 5. CINÉTICA QUÍMICA FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 1. NATURALEZA DE LOS REACTIVOS Entre otras razones, se usa el oro como joya porque perdura en el tiempo. Su energía de activación es superior a otros metales y le cuesta oxidarse. 2. SUPERFICIE DE LOS REACTIVOS Cuanto mayor es la superficie de contacto mayor es la velocidad de reacción

FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 5. CINÉTICA QUÍMICA FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 3. CONCENTRACIÓN DE LOS REACTIVOS Al aumentar la cantidad de reactivos,mayor es la velocidad de la reacción. Al aumentar la concentración de los reactivos aumenta también el número de partículas, con lo que la frecuencia de los choques es mayor Además, al aumentar el número de partículas de reactivos, habrá más partículas con la energía suficiente para alcanzar el complejo activado

5. CINÉTICA QUÍMICA 4. TEMPERATURA DE LA REACCIÓN FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 4. TEMPERATURA DE LA REACCIÓN Nuestra experiencia diaria nos demuestra que la velocidad de las reacciones químicas aumenta al aumentar la Tª, y disminuye al disminuir la Tª Esta dependencia es fácil de entender si tenemos en cuenta la teoría de las colisiones o la teoría del complejo activado Cuanto mayor sea la Tª mayor será la violencia de los choques entre partículas de reactivos y, consecuentemente, mayor será el número de choques eficaces cada segundo Además, cuanto mayor sea la Tª mayor será el número de partículas de reactivos con la energía suficiente para alcanzar el complejo activado

FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 5. CINÉTICA QUÍMICA FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 5. PRESENCIA DE CATALIZADORES Son sustancias que aumentan la velocidad de reacción pero sin ser consumidas en el proceso, ya que disminuyen la energía de activación necesaria para alcanzar el complejo activado. - Positivos o activadores: aumentan la velocidad de reacción. -Negativos o inhibidores: disminuyen la velocidad de reacción (ejemplo:conservantes alimenticios, ácido benzoico, inhibe la reaccion de degradación de los alimentos) Las ENZIMAS son catalizadores producidos por los seres vivos que sirven para acelerar las reacciones fundamentales de la vida. Los sistemas biológicos ocurren a Tª bajas, si no existieran las enzimas las reacciones en los seres vivos se producirían muy lentamente

H2O (aq) ⇄ H+ (aq) + OH− (aq) 6. REACCIONES ÁCIDO BASE Arrhenius fue el primero en ofrecer una explicación sencilla y clara acerca del comportamiento ácido-base de los compuestos: Ácido: sustancia que en disolución acuosa se disocia produciendo protones H+, (iones hidronio): HA (aq) → H+ (aq) + A− (aq) Base: sustancia que en disolución acuosa se disocia produciendo aniones hidróxido OH−: BOH (aq) → B+ (aq) + OH− (aq) Determinadas sustancias pueden presentar un doble comportamiento, mostrando el carácter ácido o básico según el compuesto al que se les enfrente. Estas sustancias se denominan anfóteros. El agua es un ejemplo de anfótero. H2O (aq) ⇄ H+ (aq) + OH− (aq)

6. REACCIONES ÁCIDO BASE ESCALA DE pH Para determinar el grado de acidez o basicidad se utiliza la concentración de protones [H+] de la disolución. Al ser dicha concentración demasiado pequeño, se utiliza su logaritmo decimal cambiado de signo para obtener números más cómodos. pH = −log [H+] Si trabajamos con bases, calculamos el pOH = −log [OH−] y obtenemos el pH a partir de la expresión: pH + pOH = 14. Para cualquier disolución ácida Para el agua pura o cualquier disolución neutra Para cualquier disolución básica

Carácter ácido creciente Carácter básico creciente 6. REACCIONES ÁCIDO BASE ESCALA DE pH Carácter ácido creciente Carácter básico creciente Disoluciones ácidas Disoluciones neutras Agua pura Disoluciones básicas

Se utiliza para estimar de forma aproximada el pH de una disolución 6. REACCIONES ÁCIDO BASE ESCALA DE pH El papel indicador universal contiene una mezcla de indicadores, así su escala colorimétrica es más amplia. Se utiliza para estimar de forma aproximada el pH de una disolución

6. REACCIONES ÁCIDO BASE Algunos valores de pH: ESCALA DE pH pH 1,0. Ácido clorhídrico pH 7,4. Sangre, sudor pH 2,3. Zumo de limón pH 8,0. Agua de mar pH 2,4. Coca-Cola pH 8,4. Levadura pH 2,9. Vinagre pH 9,0. Bicarbonato de soda pH 3,5. Vino pH 9,2. Disolución de bórax pH 4,0. Cerveza pH 9,9. Pasta de dientes pH 4,1. Zumo de tomate pH 10,5. Leche de magnesia pH 5,0. Café pH 11,0. Agua de cal pH 5,6. Lluvia ácida pH 11,9. Amoniaco doméstico pH 6,0. Orina (lluvia dorada) pH 13,0. Lejía pH 6,5. Agua de lluvia pH 14,0. Hidróxido de sodio pH 6,6. Leche pH 7,0. Agua destilada

NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO BASE 6. REACCIONES ÁCIDO BASE NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO BASE Los ácidos y bases reaccionan entre sí de acuerdo con la siguiente reacción: Ejemplo: HCl (aq) + NaOH (aq) →NaCl (aq) + H2O (l)