REACCIONES QUÍMICAS. BALANCEO DE ECUACIONES - ESTEQUIOMETRÍA ESTEQUIOMETRÍA DE LAS LAS REACCIONES REACCIONES QUÍMICAS QUÍMICAS Es la parte de la química que se ocupa del cálculo de las cantidades de sustancia que intervienen en una reacción química. Definición: REACCIÓN QUÍMICA
Proceso en el que cambia la naturaleza de una o varias sustancias (reactivos), transformándose en otras nuevas (productos). Esto supone un reordenamiento de los átomos, mediante la ruptura de unos enlaces y la formación de otros nuevos. Una reacción química se representa mediante una ecuación química: En el primer miembro aparecen las fórmulas de las sustancias que reaccionan (reactivos), y en el segundo miembro aparecen las fórmulas de las sustancias que se forman (productos), separados por una flecha, si la reacción es irreversible o por dos (una para cada sentido), si la reacción es reversible. Además de las fórmulas de las sustancias, deben aparecer los denominados coeficientes estequiométricos, los cuales nos indican la proporción (moles) de las sustancias que intervienen en la reacción (ajuste). En algunos casos es necesario adjuntar el estado de agregación de la materia entre paréntesis (sólido, líquido o gas). La fórmula general será del tipo: xA+yB
zC+tD
donde A y B son los reactivos, C y D los productos formados tras la reacción, y ‘x, y, z, t’ t ’ son los coeficientes estequiométricos. EJEMPLOS:
a) 2Na + Cl 2 b) H2CO3 c) 2H2(g) + O2(g)
2NaCl CO2 + H2O 2H2O(l)
(irreversible) (reversible) (estados de agregación)
Los números de color azul son los coeficientes estequiométricos.
TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS: ·
Si atendemos al resultado global , las podemos clasificar en los siguientes tipos:
a) Reacciones de Síntesis: Dos elementos químicos se combinan para formar un compuesto: A+B AB EJEMPLOS:
i) N2 + 3H2
2NH3
ii) 2Ca + O2
2CaO
iii) 2Mg + O2
2MgO
b) Reacciones de Descomposición: Una sustancia se descompone en otras más simples: AB A+B (suele ser mediante calor Q) Q EJEMPLOS:
i) Los carbonatos metálicos, se descomponen con mayor o menor facilidad mediante calor, formándose el óxido metálico y CO 2: MgCO3
Q
MgO + CO2
ii) También se descomponen descomponen mediante calor muchos muchos hidróxidos, hidróxidos, originando el óxido y H2O: Ca(OH)2
Q
CaO + H2O
iii) La descomposición de los cloratos origina el cloruro (sal binaria) y oxígeno: 2KClO3
Q
2KCl + 3O2
iv) Algunos óxidos de metales pesados se descomponen mediante el calor, formándose O 2 y el metal metal correspond correspondiente iente:: 2HgO
Q
2Hg + O2
c) Reacciones de Adición: Un elemento o un compuesto se adiciona a un compuesto para formar otro compuesto químicos se combinan para formar un compuesto: compuesto: AB+C D o AB+CD E (similar a las de síntesis) EJEMPLOS:
i) CH2=CH2 + Br2
CH2Br-CH2Br
ii) 2CO + O 2
2CO2
iii) SO3 + H2O d)
Reacciones
AB+X
H2SO4 de
Sustitución:
AX+B
Un
átomo
sustituye
a
otro
EJEMPLOS:
i)
Un metal activo desplaza al H 2 de los ácidos: Zn + 2HCl
ZnCl2 + H2
Mg + H2SO4
MgSO4 + H2
ii) Un metal puede verse desplazado de sus sales por otro metal más activo: Zn + CuSO4
Cu + ZnSO4
e) Reacciones de Doble Sustitución: Más de un átomo átomo sustituye sustituyen n a otros
AB+XY
AY+XB
EJEMPLOS:
i) Se suele suele dar en reaccione reaccioness con con disol disolucio uciones, nes, entre entre susta sustanci ncias as formadas cada una por dos iones diferentes: diferentes: NaCl + AgNO3
AgCl + NaNO3
HCl + NaOH
NaCl + H 2O
Combustión de hidrocarburos hidrocarburos con O2 f) Reacciones de Combustión: Combustión: Combustión
Hidrocarburo+Oxígeno
CO2+H2O
EJEMPLOS:
i) 2C4H10 + 13O2
8CO2 + 10H2O
ii) C3H8 + 5O2
3CO2 + 4H2O
g) Reacciones de Neutralización: Consisten en la neutralización de un ácido o una base, mediante la utilización de una base o un ácido, respectivamente: Ácido+Base Sal+H2O EJEMPLOS:
i) HCl + NaOH ii) H2SO4 + Ca(OH)2
NaCl + H 2O CaSO4 + 2H2O
energéticas , las podemos clasificar · Si atendemos a razones energéticas clasificar en dos tipos: tipos: a) Reacciones con desprendimiento desprendimiento de calor o reacciones reacciones exotérmicas: EJEMPLOS:
i) 2C4H10 + 13O2
8CO2 + 10H2O + energía (calor)
ii) 2Mg + O2
2MgO + energía (calor)
iii) 2Al + 6HCl
2AlCl 3 + 3H2 + energía (calor)
b) Reacciones con absorción absorción de calor o reacciones reacciones endotérmicas: EJEMPLOS:
i) CaCO3 + calor
CaO + CO2
ii) Cu + H2SO4 + Calor
CuSO4 + H2
- AJUSTE AJUSTE DE REACC REACCIONE IONES: S: · Método por tanteo: Las transformaciones que ocurren en una reacción química se rigen conservación de la masa: Los átomos no se crean ni se por la Ley de la conservación Entonces, s, el mismo mismo conju conjunto nto destruyen durante una reacción química . Entonce de átomos está presente antes, durante y después de la reacción. 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 o ajustada. EJEMPLO:
2H2 4H
+ Reactivos y
O2 2O
=
2H2O Productos 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reacción ajustada: 1) Se determina cuales son los reactivos y los productos. 2) Se escribe una ecuación no ajustada usando las fórmulas de los reactivos y de los productos. 3) Se ajusta la reacción determinando los coeficientes que nos dan números iguales de cada tipo de átomo en cada lado de la flecha de reacción, generalmente números enteros.
Consideremos la reacción de combustión del metano gaseoso EJEMPLO 1: Consideremos (CH4) en aire. Paso 1:
Sabemos que en esta reacción se consume (O 2) y se produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO 2). Luego: los reactivos son CH 4 y O2 los productos son H2O y CO2
Paso 2:
La ecuación química sin ajustar será: CH4 + O2
H2O + CO2
Paso 3:
Ahora contamos los átomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos: REACTIVOS
PRODUCTOS
CH4 + O2
H2O + CO2
átomos de C: 1 átomos de H: 4 átomos de O: 2
=
átomos de C: 1 átom átomos os de H: 2 átomos de O: 3
REACTIVOS
PRODUCTOS
CH4 + O2
2H2O + CO2
átomos de C: 1 átomos de H: 4 átomos de O: 2
= =
átomos de C: 1 átomos de H: 4 átomos de O: 4
REACTIVOS
PRODUCTOS
CH4 + 2O2
2H2O + CO2
átomos de C: 1 átomos de H: 4 átomos de O: 4
= = =
átomos de C: 1 átomos de H: 4 átomos de O: 4
Entonces: una molécula de metano reacciona con dos moléculas de oxígeno para producir dos moléculas de agua y una molécula de dióxido de carbono. EJEMPLO 2:
HCl + Ca H: 1 Cl: 1 Ca: 1
CaCl2 + H2 H: 2 Cl: 2 Ca: 1
(sin ajustar) (sin ajustar) (ajustada)
2HCl + Ca
CaCl2 + H2
H: 2 Cl: 2 Ca: 1
H: 2 Cl: 2 Ca: 1
(ajustada) (ajustada) (ajustada)
Con lo que la ecuación ecuación queda balanceada. balanceada. EJEMPLO 3:
C2H6 + O2
CO2 + H2O
H: 6 C: 2 O: 2
H: 2 C: 1 O: 3
(sin ajustar) (sin ajustar) (sin ajustar)
Ajustamos primero la molécula mayor:
C2H6 + O2
2CO2 + 3H2O
H: 6 C: 2 O: 2
H: 6 C: 2 O: 7
(ajustada) (ajustada) (sin ajustar)
Ahora ajustamos el O:
C2H6 + 7/2O2
2CO2 + 3H2O
H: 6 C: 2 O: 7
H: 2 C: 1 O: 7
(sin ajustar) (sin ajustar) (sin ajustar)
Multiplicamos Multiplicamos por dos:
2C2H6 + 7O2
4CO2 + 6H2O
Con lo que la ecuación queda balanceada.
NOTA: Cuando se ha ajustado una ecuación, los coeficientes representan el número de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos. p roductos. En esta esta reacc reacción ión,, 2 moléc molécula ulass de Mn(CO Mn(CO)) 5 reaccionan con 2 moléculas de O 2 para dar 2 moléculas de MnO 2 y 5 moléculas de CO 2. Esos mismos coeficientes también representan el número de moles en la reacción.
(RESOLVER LOS EJERCICIOS PROPUESTOS)