LA REACCIÓN QUÍMICA NIVEL MACRO

Formación de algo nuevo ¿Qué piensas cuando escuchas la frase Reacción Química? Ecuación Colores Elementos Formación de algo nuevo Explosión Fórmulas Químicas Cambio Compuestos Laboratorio Reactivos y productos

Evidencia de las reacciones químicas Cambio físico – la composición química de una sustancia permanece constante. Fundir hielo Cambio químico – la composición química de una sustancia cambia. Oxidación del hierro Reacción química – a la sustancia le ocurre un cambio químico y forma una nueva sustancia.

En un proceso químico (o reacción química) se produce una profunda alteración de la materia. Durante este proceso los átomos de una o mas sustancias (reactivos) se reorganizan para conformar diferentes sustancias (productos) a las de partida. Para representar abreviadamente las reacciones químicas se utilizan las ecuaciones químicas. En una ecuación química se escriben las fórmulas de los reactivos a la izquierda y las de los productos a la derecha separados por una flecha: Reactivos Productos

Símbolos utilizados en las ecuaciones Escribiendo ecuaciones químicas 2A + B2 2AB Flecha: produce condiciones Subíndice: número de átomos coeficiente Temperatura, presión, solventes, catalizador productos reactivos C3H8 + O2 CO2 + H2O (g) Símbolos utilizados en las ecuaciones Símbolo Significado + Separa dos o mas reactivos o productos Separa reactivos de productos (s) Indica el estado sólido (l) Indica el estado líquido (g) Indica el estado gaseoso (ac) Identifica la disolución en agua.

¿Cómo sabemos que ocurren los cambios químicos? Algunos cambios químicos pueden distinguirse mediante evidencias relacionadas con la formación de una o varias sustancias nuevas. En general es posible observar la aparición de alguno de los siguientes efectos: Se produce un gas (producción de burbujas) Se produce un sólido insoluble (precipitado), Se observa un cambio de color o turbidez permanentemente. Se observa un cambio de temperatura Exotérmico – se libera calor. Endotérmico – se absorbe calor.

Tipos de reacciones químicas Síntesis Descomposición Desplazamiento simple Desplazamiento doble Combustión

Reacciones de síntesis A + B AB 2Na (s) + Cl2 (g) 2 NaCl (s) +

Reacciones de síntesis (combinación) • Los elementos se unen 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) elemento + elemento compuesto • Los compuestos se unen 6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g) 2Na(s) + O2(g) Na2O(s) Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(ac) Actividad experimental con sodio metálico

Reacciones de descomposición (análisis) • Un compuesto se rompe en dos elementos. 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) compuesto elemento + elemento • Un compuesto se rompe en dos compuestos. NaHCO3(ac) 2Na2CO3(ac) + H2O(l) + CO2(g) compuesto compuesto + compuestos • Un compuesto se rompe en un compuesto y un elemento. 2 H2O2(l) 2 H2O(l) + O2(g) compuesto compuesto + elemento Actividad experimental electrólisis y genio de la lámpara

+ Reacciones de desplazamiento simple A + BX AX + B Mg (s) + Cu2SO4 (s) MgSO4(s) + Cu (s) A + BX AX + B + Un elemento reemplaza a otro en un compuesto. Zn(s) + 2HCl(ac) H2(g) + ZnCl2(ac) elemento + compuesto elemento + compuesto Actividad experimental con tira de magnesio

En las reacciones de simple desplazamiento un metal en estado fundamental o no combinado desplaza a otro metal de un compuesto debido a que tiene una mayor actividad química. Series de Actividad: Es una serie de metales arreglados por orden de reactividad química. Los metales por debajo del hidrógeno en la serie de actividad no reaccionan con ácidos.

Serie Electromotriz (de actividad) Los elementos más activos desplazan de los compuestos a los menos activos. Más activo K Na Ca Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Au Zn(s) + CuCl2(ac) Cu(s) + ZnCl2(ac) Cu(s) + ZnCl2(ac) Zn(s) + CuCl2(ac) Zn(s) + HCl(ac) H2(g) + ZnCl2(ac) Cu(s) + HCl(ac) H2(g) + CuCl2(ac)

Metales activos: Incluidos la mayoría de metales de los grupos I, II. Li> K> Ba> Sr> Ca> Na Los metales activos reaccionan directamente con el agua: 2Na + 2H2O(l) 2NaOH(ac) + H2(g)

Serie de actividad para no-metales: Esta serie de actividad explica lo siguiente: Cl2(g) + 2NaBr(ac) 2NaCl(ac) + Br2(l) Cl2(g) + NaF(ac) NR Más activo F Cl Br I

Reacciones de doble desplazamiento AC + BX AX + BC 2NaOH (ac) + CuCl2 (ac) 2NaCl(ac) + Cu(OH)2 (s) Un elemento de un compuesto cambia lugar con otro elemento de otro compuesto. H2SO4(ac) + 2NaOH(ac) Na2SO4(ac) + 2H2O(l) compuesto + compuesto compuesto + compuesto

Los principales tipos de reacciones pueden ser subclasificadas de diversas formas: Reacciones de neutralización Es un tipo especial de reacciones de doble desplazamiento que involucran la reacción entre un ácido y una base para formar sal y agua. Usualmente este tipo de reacciones liberan energía en forma de calor. Por ejemplo, se usa como “antiácido” una suspensión de hidróxido de magnesio en agua, es decir, para neutralizar el exceso de ácido en el estómago: 2HCl (aq) + Mg(OH)2 (s) MgCl2 (aq) + 2H2O (s) ácido + base sal + agua Reacciones de óxido-reducción Cualquier reacción para la cual los elementos experimenten un cambio en su número de oxidación. Por ejemplo: S + O2 SO2 En esta reacción tanto el azufre como el oxígeno tienen un número de oxidación de cero antes de la reacción. Después de la reacción para el azufre es +4 y para el oxígeno es -2. Actividad experimental

Reacciones de precipitación Las reacciones acuosas que involucran la formación de un sólido (precipitado). 2KI (ac) + Pb(NO3)2 (ac) 2KNO3 (ac) + PbI2 (s) compuesto soluble + compuesto soluble compuesto insoluble Reacciones de combustión 1. Un hidrocarburo (un compuesto que contiene solamente carbono e hidrógeno) se combina con oxígeno. Los productos de la combustión son dióxido de carbono y agua. CH4 (s) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O(g) hidrocarburo + oxígeno dióxido de carbono + agua 2. Cuando los metales se queman en presencia de oxígeno, la reacción de combustión también es un proceso de óxido-reducción. Por ejemplo, la corrosión del hierro. 4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3 (s) Actividad experimental

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) El proceso de ajustar (o igualar) la ecuación consiste en colocar números delante de las fórmulas (coeficientes) para garantizar que exista el mismo número de átomos en los reactivos que en los productos, ya que en una reacción química no pueden desaparecer o crearse átomos. O lo que es lo mismo: En una reacción química la masa permanece constante (Ley de Conservación de la Masa o Ley de Lavoisier). Con ello garantizamos que los reactivos están en las proporciones justas (cantidades estequiométricas) para reaccionar.   Productos: CO2 y H2O Reactivos: CH4 y O2 CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g) Coeficiente del agua: 2 Coeficiente del oxígeno: 2

Para que se verifique una reacción química ha de producirse: Una ruptura de los enlaces en los reactivos. Lo que generalmente implica aportar energía. Un reagrupamiento de los átomos de forma distinta. Una formación de nuevos enlaces para formarse los productos. Lo que generalmente implica un desprendimiento de energía. En el balance final de energía para el proceso puede ocurrir: Energía aportada > Energía desprendida. La reacción, en conjunto, absorbe energía (calor). Reacción endotérmica. Energía aportada < Energía desprendida. La reacción, en conjunto, desprende energía (calor). Reacción exotérmica. El calor absorbido o desprendido puede añadirse a la ecuación química como un elemento más del proceso:   CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 875 kJ (Proceso exotérmico) 2 KClO3 + 89.4 (kJ) 2 KCl + 3 O2 (Proceso endotérmico)

CH4 2O2 CO2 2H2O Una molécula de metano Dos moléculas de oxígeno Una molécula de dióxido de carbono Dos moléculas de agua CH4 2O2 CO2 2H2O

= Estequiometría de la reacción CH4 (g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) (relación cuantitativa entre reactivos y productos en una reacción) CH4 (g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) 1 mol de CH4 2 moles de O 2 1 mol de CO 2 2 moles de H 2O 16.0 g 2x 32.0 = 64.0 g 44.0 g 2x 18.0 = 36.0 g reaccionan con para dar Masa de productos: 44.0 + 36.0 = 80.0 g Masa de reactivos: 16.0 + 64.0 = 80.0 g = En alguna ocasiones uno de los reactivos puede agotarse, haciendo que la reacción se detenga, recibiendo el nombre de reactivo limitante.