4. REACCIONES QUÍMICAS Lic. Luis Fernando Cáceres Choque

El mundo de las reacciones

REACCIÓN QUÍMICA Fenómeno producido cuando se combinan dos o mas elementos, para formar una nueva sustancia o producto que tiene diferentes propiedades físicas y químicas. Una reacción química es una TRANSFORMACIÓN. + = 4Fe3O 2 2 Fe 2 O 3 REACTIVOS PRODUCTOS +

SÍMBOLOS EN LAS ECUACIONES QUÍMICAS COEFICIENTES Indican el número de moles o moléculas de cada una las sustancias que forman parte de la reacción. Usualmente cuando el coeficiente es uno no se escribe.

MÁS SÍMBOLOS... SUBÍNDICES Indican la cantidad de átomos presentes de un elemento en un compuesto. En el proceso de balanceo de una ecuación química los subíndices no deben modificarse.

(s), (l), (g), (ac) Indican el estado de agregación de las sustancias. Señala el sentido de la reacción. Si existe solo una flecha indica que la reacción es irreversible. Dos flechas en sentido contrario indican que la reacción es reversible. MÁS SÍMBOLOS...

Señala la aplicación de calor. Indica la formación de un gas que se libera. Señala la formación de un sólido que precipita. Para indicar la presencia de un catalizador en una reacción, se escribe el símbolo o fórmula del catalizador sobre la flecha que indica el sentido de la reacción. MÁS SÍMBOLOS...

Ejercicio: Ajusta las siguientes ecuaciones químicas por el método de tanteo: a) C 3 H 8 + O 2  CO 2 + H 2 O b) Na 2 CO 3 + HCl  Na Cl + CO 2 + H 2 O c) PBr 3 + H 2 O  HBr + H 3 PO 3 d) CaO + C  CaC 2 + CO e) H 2 SO 4 + BaCl 2  BaSO 4 + HCl

CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS  Reacción de Síntesis  Reacción de Descomposición  Reacción de Simple sustitución  Reacción de Doble sustitución  Reacción de Combustión  Reacción de Neutralización  Reacciones exotérmicas y endotérmicas  Reacciones reversibles e irreversibles  Reacciones de oxido reducción

REACCIONES DE COMBINACIÓN, ADICIÓN Ó SÍNTÉSIS Cuando dos o más reactivos se unen para formar un solo producto. A + B +... C 2 Mg (s) + O 2(g) 2 Mg O (s) N 2(g) + 3H 2(g) 2 NH 3(g) Ca O (s) + H 2 O (ac) Ca (OH) 2(ac)

Cuando un reactivo origina dos o más productos. A B A + B 2 H 2 O 2 H 2 + O 2 2 K Cl O 3 2 K Cl + 3 O 2 Ca C O 3 CO 2 + Ca O 2 K N O 3 2K NO 2 + O 2 REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN O ANÁLISIS

Los átomos de una sustancia simple sustituyen o desplazan a los átomos de otra sustancia, para formar nuevas sustancias. A + BC A C + B Zn + 2 H Cl Zn Cl 2 + H 2 Zn + 2 H 2 S O 4 Zn (SO 4 ) 2 + 2H 2 Fe + Cu SO 4 Fe SO 4 + Cu Cl 2 + 2K I 2 K Cl + I 2 REACCIONES DE SUSTITUCIÓN SIMPLE O DESPLAZAMIENTO

Son aquellas en las que dos sustancias compuestas intercambian sus átomos mutuamente. A B + CD A D + B C Ag + NO H + Cl - Ag + Cl - + H + NO 3 - Pb 2+ (NO 3 ) K + I - Pb 2+ I 2 + 2K + NO 3 - Na 2 + CO 3 + Ca Cl 2 Na + Cl - + Ca 2+ CO 3 2- K 2 + S 2- + Mg 2+ SO 4 2- K 2 + SO Mg 2+ S 2- REACCIONES DE DOBLE SUSTITUCIÓN O DOBLE DESPLAZAMIENTO

REACCIONES DE COMBUSTIÓN Etanol / C2H5OH Carbón / C Butano / C4H10 Propano / C3H8 + O2 CO2 + H2O Gasolina / C8H18 Madera /(C6H10O5)n Plásticos (Poliestireno) (C6H5-CH=CH2)n

Reacciones entre un ácido y una base Acido + Base Sal + Agua HCl + NaOH NaCl + H 2 O H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 CaSO 4 + H 2 O REACCIONES NEUTRALIZACIÓN pH 7 ácidObásico NEUTRO

Son aquellas que liberan calor o alguna forma de energía A + B C + D + Energía Zn + 2 H Cl Zn Cl 2 + H 2 + Energía Zn + 2 H 2 S O 4 Zn (SO 4 ) 2 + 2H 2 + Energía Ca O + H 2 O Ca (OH) 2 + Energía Si es exotérmica el calor de reacción es negativo - H REACCIONES EXOTÉRMICAS

REACCIONES ENDOTÉRMICAS Son aquellas que al reaccionar absorben calor A + B + Energía C + D 2 K Cl O 3 + Energía 2 K Cl + 3 O 2 Ca C O 3 + Energía CO 2 + Ca O 2 K N O 3 + Energía 2K NO 2 + O 2 Si es endotérmica el calor de reacción es positivo + H Las reacciones que están relacionadas con la energía se denominan : Exergónicas cuando liberan energía y Endergónicas cuando absorben energía

Son aquellas que pueden verificarse simultáneamente en uno y otro sentido. A + BAB N H 4 OH NH 3 + H 2 O I 2 + H 2 2 HI CaCO 3 CaO + CO 2 La reversibilidad o el estado de equilibrio se indica con doble flecha REACCIONES REVERSIBLES

Son aquellas que se efectúan en un solo sentido A + B AB Combustión de un trozo de papel papel + oxigeno → dióxido de carbono + agua AgNO 3 + HCl AgCl + HNO 3 SO 3 + H 2 O H 2 S O 4 Una reacción irreversible se identifica con una sola flecha REACCIONES IRREVERSIBLES

REACCIONES DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN Reacciones que presentan como característica una transferencia de electrones. Es decir se produce perdida y ganancia de electrones. Oxidación: Es la perdida de electrones que experimenta un átomo o grupo de átomos (aumento de su valencia). Fe 0 Fe e - Hierro metálico Ión férrico Reducción: Es la ganancia de electrones que experimenta un átomo o grupo de átomos (disminución de valencia). Fe e - Fe ++ Ión férrico Ión ferroso

Ejemplos de oxidación - reducción Zn + 2 H Cl Zn Cl 2 + H e - + 2H H Zn Zn + 2e Na + Cl 2 2 Na Cl e - + Cl 2 2Cl 0 +1 Na Na + 1e-

Escala Redox OXIDACIÓN REDUCCIÓN TérminoCambio en el número de oxidación Variación del nº de Oxidación OxidaciónPerdida de e-Aumenta ReducciónGanancia DE e-Disminuye Agente reductorSustancia que se oxida (pierde e-)Aumenta Agente oxidanteSustancia que se reduce (gana e-)Disminuye

REACCION DE OXIDO REDUCCION 2 e - + I 2 º 2 I - S 2- Sº + 2 e - CdS + I 2 + HCl CdCl 2 + HI + S Cd 2+ + S 2- + I 2 Cd Cl - + H + + I - + S REDUCCION OXIDACION AGENTE OXIDANTE AGENTE REDUCTOR I2I2 CdS

Potencial redox Expresión numérica de los procesos de óxido–reducción (V). Se determina comparando el potencial redox de un sistema E°, con el potencial del electrodo de hidrógeno que a pH = 0, es de 0,0 voltios En los sistemas biológicos (pH = 7,0) E° = -0,42V

POTENCIAL REDOX DE ALGUNOS SISTEMAS

POTENCIAL REDOX DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA SISTEMAE° (Voltios) Succinato a alfa Cetoglutarato- 0,67 Hidrogenión a Hidrógeno- 0,42 NAD a NASDH + H- 0,32 Oxaloacetato a Malato- 0,17 Fumarato a Succinato+ 0,03 Citocromo C (Fe 2+ a Fe 3+ )+ 0,08 Oxígeno a Agua+ 0,82

ESTEQUIOMETRÍA Estudio cuantitativo de los moles, las masas y los volúmenes de los reactivos y productos que intervienen en una reacción química. Peso Molecular: Masa relativa de una molécula, comparada con la masa del átomo de C. El PM puede calcularse, si se conoce la fórmula de la sustancia, sumando los pesos atómicos y multiplicándolos por el número de átomos presentes. MoléculaPeso Molecular (g/mol) H2OH2O18 H 2 SO 4 98 C 6 H 12 O 6 180

RELACIONES MOLARES/MASA -VOLUMEN 1.Mol – Mol 2.Mol – Gramo 3.Gramo – Gramo 4.Mol/Gramo - Volumen 4Zn(s) + 10HNO 3 (ac) → 4Zn(NO 3 ) 2 (ac) + N 2 O(g) + 5H 2 O(l) 1. ¿Cuántos moles de agua se forman con 1,5 moles de HNO 3 ? 2. ¿Cuántos g de zinc se requieren para obtener 3 moles de Zn(NO 3 ) 2 ? 3. Si se forman 135 g de Zn(NO 3 ) 2, ¿Cuántos g de agua se forman? 4. ¿Cuántos L de N 2 O se forman en CN cuando reaccionan 348 g de Zn? El volumen que ocupa un mol de un gas en condiciones normales (CN) de presión y temperatura (P=1 atm / t = 0°C) es igual a 22,4 L (1 mol gas = 22,4 L) Ejercicio