Una reacción química es la manifestación de un cambio en la materia y la isla de un fenómeno químico. A su expresión gráfica se le da el nombre de ecuación química, en la cual, se expresan en la primera parte los reactivos y en la segunda los productos de la reacción. Para equilibrar o balancear ecuaciones químicas, existen diversos métodos, entre ellos se encuentran !alanceo por tanteo, por oxido"reducción #$edox %, o por el método de &on electrón. 'n todos estos métodos el ob(etivo que se persigue es que la ecuaci ecuación ón químic química a cumpla cumpla con la ley de la conser conservac vación ión de la materi materia, a, propues propuesta ta por )avoisier en *++, que es -'n una reacción química, la masa de los reactantes es igual a la masa de los reactivos-.
Aprender a identificar los nmeros de oxidación de los diversos elementos que forman parte de una reacción química. Practicar la formulación y balanceo de las diferentes ecuaciones químicas, ya sean iónicas o moleculares. /eterminar en una reacción química los agentes oxidante y reductor. 'valuar el medio #ácido, básico o neutro% en el que se da lugar a las distintas reacciones químicas.
Una Una reac reacci ción ón quím químic ica a es un proc proces eso o por por el cual cual una una o más más sust sustan anci cias as,, llam llamad adas as reactivos, se transforman en otra u otras sustancias con propiedades diferentes, llamadas produc productos tos.. 'n una reacció reacción n químic química, a, los enlace enlacess entre entre los átomos átomos que forman forman los reactivos se rompen. 'ntonces, los átomos se reorgani0an de otro modo, formando nuevos enlaces y dando lugar a una o más sustancias diferentes a las iniciales. Una reacción química se representa mediante una ecuación química. Para leer o escribir una ecuación química, se deben seguir las siguientes reglas
)as fórmulas de los reactivos se escriben a la i0quierda, y las de los productos a la derec1a, separadas ambas por una flec1a que indica el sentido de la reacción.
$'A23&456 7 P$5/U2356
A cada lado de la reacción, es decir, a derec1a y a i0quierda de la flec1a, debe existir el mismo nmero de átomos de cada elemento.
2uando una ecuación química cumple esta segunda regla, se dice que está a(ustada o equilibrada. Para equilibrar reacciones químicas, se ponen delante de las fórmulas unos nmeros llamados coeficientes, que indican el nmero relativo de átomos y moléculas que inte interv rvie iene nen n en la reac reacci ción ón.. /ebe /ebemo moss tene tenerr en cuen cuenta ta que que esto estoss coef coefic icie ient ntes es situados situados delante delante de las fórmulas, son los nicos nicos nmeros nmeros en la ecuación ecuación que se pueden
cambiar, cambiar, mientras mientras que los nmeros que aparecen aparecen dentro de las fórmulas fórmulas son intocables, intocables, pues un cambio cambio en ellos significa un cambio cambio de sustancia sustancia que reacciona reacciona y, por tanto, se trataría de una reacción distinta. 6i se quiere o necesita indicar el estado en que se encuentran las sustancias que intervienen o si se encuentran en disolución, se puede 1acer a8adiendo los siguientes símbolos detrás de la fórmula química correspondiente
#s% 9 sólido
#metal% 9 elemento metálico
#l% 9 líquido
#g% 9 gas
#aq% 9 disolución acuosa #en agua%
'l nmero de oxidación, también denominado estado de oxidación o nmero de valencia es indicador del grado de oxidación de un átomo átomo que que forma parte de un compuesto compuesto u u otra especie química. :ormalmente, es la carga eléctrica 1ipotética que el átomo tendría si todos sus enlaces o elementos distintos fueran *;;< iónicos iónicos.. 'l '.5. es representado por nmeros, los cuales pueden ser positivos, negativos o cero. 's positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. = será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos. 6e deno denom mina ina reac reaccción ión de óxid óxido o > redu reduccción ción a toda toda reac reaccción ión en la que que uno uno o más electrones electrones se se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados. Para que exista una reacción de reducción"oxidación, en el sistema debe 1aber un elemento que ceda electrones electrones,, y otro que los acepte
'l agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado. 'l agente oxidante es oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.
2uando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un ?par redox@. Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado. 2uando una especie puede oxidarse, y a la ve0 reducirse, se le denomina anfolito, y al proceso de la oxidación"reducción de esta especie se le llama anfoli0ación anfoli0ación..
$eacción uímica $'/5B 2obre C Ditrato de plata.
Materiales
3ubos de ensayo Eradillas para tubos de ensayo Pin0as Pipetas !ombilla de (ebe 4aso de precipitado Reactivos
FG5G #Peróxido de 1idrogeno o agua oxigenada% Da5F #Fidróxido de sodio% FG65 #Hcido sulfurico% I& #=oduro de potasio% IJn5 #Permanganato de potasio% 2u65 #6ulfato cprico% IG2r5 #2romato de potasio% IG2r5+ #/icromato de potasio% F2l #Hcido clor1ídrico% DF5F #Fidróxido de amonio% Agua destilada I&5K #=odato de potasio% PROCEDIMIENTO
Primera experiencia
*." )o primero que 1icimos fue rotular todo el vaso de precipitado, la pipeta y los tubos de ensayo. #:oto DL;*, ;G M ;K%
:oto DL*, ;G M ;K $otulado de materiales.
G." 4aciamos agua destilada al vaso de precipitado y luego con ayuda de la pipeta y la bombilla medimos Gml y lo ec1amos en el tubo de ensayo nmero ;*. #:oto ; y :oto ;N%.
:oto DL ; M ;N Agua destilada en el tubo de ensayo.
K." $epetimos este mismo proceso en los O tubos de ensayo restantes, pues todos requerían agua destilada para reali0ar las diferentes reacciones químicas. #:oto ;O%.
:oto DL;O 3ubos de ensayo con agua destilada.
." 'c1amos *ml de Permanganato de potasio #IJn5% al tubo ;* que ya contenía agua destilada, y agitamos. 'l tubo de ensayo se tornó inmediatamente de color lila. #:oto ;+ y :oto ;%.
:oto DL;+ M :oto DL; 3ubo de ensayo en contacto con I Jn5.
N." )uego, agregamos al mismo tubo de ensayo *ml de F G65 #Hcido sulfurico%, no se manifestó ningn cambio #6iguió estando de color lila%. #:oto ;Q y :oto *;%.
:oto DL;Q M :oto DL*; 3ubo de ensayo con FG65.
O." /espués de esto, a8adimos gotas de F G5G #Peróxido de 1idrogeno o agua oxigenada% #:oto *;%, al contacto 1ubo efervescencia y burbu(as peque8as, agitamos por unos segundos #:oto **% y la solución termino tornándose transparente de nuevo #:oto *G%.
:oto DL*; A8adido de FG5G, :oto DL** Agitando y :oto DL*G $esultado 6olución transparente.
6egunda experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;K, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de I&5 K #=odato de potasio% #:oto *K% y al contacto con ésta, siguió siendo transparente la solución contenida en el tubo de ensayo #;K #:oto *%.
:oto DL*K Agregando I&5K al tubo de ensayo #;K M :oto DL* 6olución transparente final.
G." )uego, agregamos al mismo tubo de ensayo *ml de I& #=oduro de potasio% #:oto *N%, al contacto inmediatamente se tornó de un color café #:oto *O%.
:oto DL*N Agregando I& al tubo de ensayo #;K M :oto DL*O 6olución color café final.
3ercera experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de I G2r5 #2romato de potasio% #:oto *+% y al contacto con ésta, el agua destilada contenida en el tubo de ensayo R; se tornó de color amarillo #:oto *%.
:oto DL*+
'c1ando :oto DL* 6olución color amarilla final.
IG2r5 al tubo R; M
G." )uego, agregamos al mismo tubo de ensayo *ml de F2l #Hcido clor1ídrico% #:oto *Q%, al contacto inmediatamente se tornó de un color naran(a oscuro.
:oto DL*Q 'c1ando F2l al tubo de ensayo R;.
K." /espués de esto, a8adimos gotas de F G5G #Peróxido de 1idrogeno o agua oxigenada%, al contacto 1ubo efervescencia y burbu(as peque8as en la parte superior del tubo de ensayo, y se tornó de un color verde oscuro #:oto G;%, agitamos por unos segundos y con el pasar de los minutos la solución terminó tornándose de un color dorado turbio #:oto G*%.
:oto DLG;
'c1ando DLG* 6olución color dorado turbio.
FG5G al tubo R; M :oto
2uarta experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;N, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de Da5F #Fidróxido de sodio% #:oto GG% y al contacto con ésta, el agua destilada contenida en el tubo de ensayo R;N se tornó de color lila #:oto GK%.
:oto DLGG 'c1ando Da5F al tubo R;N M :oto DLGK 6olución color lila.
G." /espués de esto, a8adimos gotas de F G5G #Peróxido de 1idrogeno o agua oxigenada%, al contacto se tornó de color marrón #:oto G%, agitamos por unos segundos y con el pasar de los minutos la solución terminó tornándose de un color verde oscuro con tonalidades marrones #:oto GN%.
:oto DLG 'c1ando FG5G al tubo R;N M :oto DLGN 6olución color verde oscuro marrón.
uinta experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;O, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de 2u65 #6ulfato cprico% #:oto GO% y al contacto con ésta, el agua destilada contenida en el tubo de ensayo R;O siguió estando de color transparente #:oto G+%.
:oto DLGO 'c1ando 2u65 al tubo R;O M :oto DLG+ 6olución transparente.
G." /espués de esto, a8adimos *ml de I& #=oduro de potasio% al contacto siguió siendo transparente #:oto G%.
:oto DLG 6olución transparente final.
6exta experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;+, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de IG2r5+ #/icromato de potasio% #:oto GQ% y al contacto con ésta, el agua destilada contenida en el tubo de ensayo R;+ se tornó de un color amarillo.
:oto DLGQ 'c1ando IG2r5+ al tubo R;+.
G." /espués de esto, a8adimos *; gotas de F G5G #Peróxido de 1idrogeno o agua oxigenada%, al contacto se tornó de un color marrón oscuro #:oto K;%.
:oto DLK; 6olución de color marrón oscuro.
K." = por ltimo, le a8adimos ;.Nml de F2l #Hcido clor1ídrico% al tubo de ensayo anterior, al contacto se volvió a0ul oscuro #:oto K*%, mas con el paso de los minutos se fue decolorando 1asta terminar de color a0ul claro #:oto KG%.
:oto DLK* 3ubo R;+solución color a0ul oscuro M :oto DLKG 6olución color a0ul claro.
6éptima experiencia
*." 'n el tubo de ensayo nmero ;Q, que contenía previamente agua destilada, ec1amos *ml de 2u65 #6ulfato cprico% #:oto KK% y al contacto con ésta, el agua destilada contenida en el tubo de ensayo R;Q siguió estando de color transparente #:oto K%.
:oto DLKK 'c1ando 2u65 al tubo R;Q M :oto DLK 6olución transparente.
G." /espués de esto, a8adimos gotas de DF 5F #Fidróxido de amonio%, al contacto se tornó de color celeste #:oto KN%.
:oto DLKN 6olución de color celeste.
Primera experiencia
FG5 C IJn5 C gotas de F G5G burbu(as.
6olución de color transparente con peque8as
6egunda experiencia
FG5 C I&5K C &I
7
7 6olución de color café.
3ercera experiencia
FG5 C 2r5IG C F2l C F G5G 7 6olución de color dorado turbio.
2uarta experiencia
FG5 C IJn5 C Da5F C F G5G 7 6olución de color verde oscuro con tonos marrones.
uinta experiencia
FG5 C 2u65 C &I 7 6olución transparente.
6exta experiencia
FG5 C IG2r5+ C FG5G C F2l
7 6olución de color a0ul oscuro.
6éptima experiencia
FG5 C 2u65 C DF5F 7 6olución de color celeste.
4
ista final de todos los tubos de ensayo.
'n las experiencias de laboratorio efectuadas se producen reacciones redox o también llamadas reacciones de óxido"reducción. Anali0ando cada ensayo en términos de los cambios químicos que se producen al reali0arse la oxidación o reducción de los reactivos que intervienen. 2omo se explicó en el fundamento teórico para que una sustancia se redu0ca debe existir un agente reductor, y como pudimos darnos cuenta cada reacción tenía el suyo. 'n todos los productos de la reacciones se encuentran en disolución acuosa, es decir, presentes como iones. Por lo tanto cuando se anali0a el cambio de color en las soluciones de cada uno de las experiencias de laboratorio.
Do 1abía frascos para traba(ar de manera grupal #2ada mesa% por eso la mesa final #)a mesa #;% empe0aba utili0ando cada compuesto e iba 1aciéndolo rotar 1acia adelante.
Por error, al no fi(arnos adecuadamente la capacidad de la pipetaS ec1amos Gml de IJn5 al tubo de ensayo #;*. Para reali0ar cada una de las experiencias de laboratorio, con diferentes compuestos utili0amos una pipeta rotulada para cada uno, guardando con cuidado que no se intercambien la pipeta equivocada con el compuesto equivocado.
3odas las soluciones reaccionaron pero en forma diferente, en algunas fue más visible que en otrasS debido a que sus propiedades físicas y químicas varían. 'n los cambios químicos las sustancias se transforman en sustancias químicamente distintas. )as nuevas propiedades que el producto presenta dan pie para la identificación del mismo. Una reacción redox es aquella donde existe un intercambio de electrones entre sustancias químicas. 6i en el intercambio de electrones el reactivo acepta los mismos, esta sustancia se reduce. 'n cambio si el reactivo químico pierde electrones, éste sufre una oxidación o simplemente se oxida. Ambos sucesos, oxidación y reducción, ocurren simultáneamente. 'l análisis y el método para balancear una ecuación redox, permite conocer como se produce el intercambio de electrones, así como para identificar las sustancias o reactivos que se oxidan o reducen. 'n la industria, los procesos redox también son muy importantes, tanto por su uso productivo #por e(emplo la reducción de minerales para la obtención del aluminio o del 1ierro% como por su prevención #por e(emplo en la corrosión%. 'l agente reductor es la sustancia que permite que otra se redu0ca. Por lo tanto para que existe la reacción redox el agente reductor se oxida. )o contrario sucede con el agente oxidante.
*." /efinir 5xidación, estado de oxidación, valencia, agente oxidante, agente reductor, medio acido, medio básico y medio neutro.
5xidación )a oxidación es una reacción química donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación. 6e debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. 'ste cambio no significa necesariamente un intercambio de iones. $educción )a reducción ocurre cuando una especie química gana electrones y simultáneamente disminuye su nmero de oxidación. Por e(emplo, el cloro atómico #con nmero de oxidación cero% se convierte en el ion cloruro #con nmero de oxidación y carga de "*% por ganancia de un electrón.
'stado de oxidación es indicador del grado de oxidación de un átomo que forma parte de un compuesto u otra especie química. :ormalmente, es la carga eléctrica 1ipotética que el átomo tendría si todos sus enlaces o elementos distintos fueran *;;< iónicos. 'l '5 es representado por nmeros, los cuales pueden ser positivos, negativos o cero. 4alencia )a valencia, es el nmero de electrones que tiene un elemento en su ltimo nivel de energía, son los que pone en (uego durante una reacción química o para establecer un enlace con otro elemento. Fay elementos con más de una valencia, por ello se reempla0a a este concepto con el de nmeros de oxidación que a fin de cuentas representa lo mismo. Agente oxidante 's la especie química que un proceso redox acepta electrones y, por tanto, se reduce en dic1o proceso. Agente reductor 's la especie química que un proceso redox pierde electrones y, por tanto, se oxida en dic1o proceso #aumenta su nmero de oxidación%. Jedio ácido Un medio ácido es aquel en que la concentración de protones #FC% de la solución esT+ mientras más cercano a ; es más ácido. Jedio básico Un medio básico es aquel en la concentración de protones FC es + a medida que se acerca su pF a * es más básico. Jedio neutro Un medio neutro es aquel en la concentración de protones FC es 9 +.
G." 5tras reglas para determinar el estado de oxidación, e(emplos.
$egla* 3odo átomo sin combinación su D.5. es cero
Ejemplo 1. V2uál es el nmero de oxidación del gas cloro #2l G%W
Ejemplo 2. V2uál es el estado oxidación del sodio #Da%W
$egla G 2omo regla general, para el 1idrógeno y el oxígeno .
2uando el oxígeno forma peróxidos 7 '.5 #5% 9 >* 2uando el oxígeno se combina con el flor 7 '.5 #5% 9 CG Ejemplo 3. 2uál es el nmero de oxidación del oxígeno en el siguiente compuesto
Ejemplo 4. 2uál es el nmero de oxidación del oxígeno en el siguiente peróxido
$egla K )os elementos del grupo &A tienen estado de oxidación C*
)os elementos del grupo &&A tienen estado de oxidación CG
$egla 'l nmero de oxidación de toda molécula simple o compuesta es cero, por e(emplo Ejemplo 8. 6ea el compuesto :e G5K , calcular el nmero de oxidación del :e.
Ejemplo 9. 2alcular el nmero de oxidación del 1ierro, cuando forma el
siguiente peróxido :eG5
K." 'xplique cómo se producen los ácido nítrico, sulfurico y clor1ídrico a nivel comercial.
5btención del ácido nítrico a nivel comercial 'l compuesto químico ácido nítrico #FD5 K% es un líquido viscoso y corrosivo que puede ocasionar graves quemaduras en los seres vivos. A nivel industrial, se fabrica mediante la síntesis del amoníaco y oxígeno. Ambos elementos se combinan en un r eactor de grandes proporciones ante la presencia de un catali0ador metálico. /ebido a las altas
temperaturas que se soportan #+;;"Q;; grados 2elsius%, se utili0an metales que mantengan sus características físicas a estas temperaturas, siendo el más apropiado el platino, en combinación con rodio #N"*;<% que le aporta más rigide0.
5btención del ácido sulfurico Foy día se utili0an dos procesos para obtener ácido sulfrico. 'n las etapas iniciales ambos requieren el uso de dióxido de a0ufre, que se obtiene quemando piritas de 1ierro o a0ufre en aire, en el primer proceso, denominado método de las cámaras de plomo, la reacción se lleva a cabo en grandes torres de ladrillos recubiertas de plomo. 'n estas torres, reaccionan dióxido de a0ufre gaseoso, aire, vapor de agua y óxidos de nitrógeno, produciendo ácido sulfrico en forma de gotas finas que caen al suelo de la cámara. 2asi todos los óxidos de nitrógeno se recuperan de gas que sale y se vuelven a introducir en la cámara para ser utili0ados de nuevo. 'l ácido sulfrico producido de esta forma, y el ácido etiquetado, sólo contienen de un OG a un +;< de FG65S 1oy día, casi un G;< del ácido sulfrico se produce por el método de las cámaras de plomo, pero este porcenta(e está disminuyendo. "'l segundo método de obtención, el método de contacto, que empe0ó a usarse comercialmente alrededor de *Q;;, se basa en la oxidación del dióxido de a0ufre a trióxido de a0ufre, ba(o la influencia de un catali0ador. 'l platino dividido muy finamente, que es el catali0ador más efica0, tiene dos desventa(as es muy caro y además, ciertas impure0as existentes en el dióxido de a0ufre ordinario lo envenenan y reducen su actividad. Juc1os productores de ácido sulfrico utili0an dos catali0adores primero, uno más resistente aunque menos efectivo, como el óxido de 1ierro o el óxido de vanadio, que inician la reacción, y a continuación, una cantidad menor de platino para terminar el proceso. A ;;X2, la conversión d dióxido a trióxido de a0ufre es casi completa. 'l trióxido se disuelve en ácido sulfrico concentrado, y al mismo tiempo un flu(o de agua mantiene la concentración al nivel seleccionado, normalmente un QN<. $educiendo el flu(o de agua, puede obtenerse un producto con más 65K del que contiene la fórmula FG65. 'ste producto, llamado ácido sulfrico fumante, óleum o ácido Dord1ausen, es necesario para algunas reacciones de química orgánica.
5btención de ácido clor1ídrico a nivel comercial 'l F2l puede prepararse de diversos modosS los dos métodos más importantes y más usados son los siguientes "&ndustrialmente el ácido clor1ídrico se fabrica tratando el cloruro sódico con ácido sulfrico concentrado engrandes retortas de 1ierro colado. )a reacción trascurre en dos etapasS la primera se desarrolla a temperatura relativamente ba(a, y produce bisulfatosódico #65FDa% y acido clor1ídrico #F2l%S una ve0terminada la primera fa se, la me0cla de 65FDa y2lDa se lleva a una retorta, donde se calienta al ro(o, produciéndose la segunda reacción 2lDa C 65FDa 65DaG C F2l #C % "Por combinación directa de 1idrógeno y cloro, obtenidos como subproductos en la fabricación del 1idróxido sódico. 'l cloro se quema en exceso de 1idrógeno, o de gas natural, en mec1eros especiales.
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