Preparatoria

Reacciones químicas

Símbolos en las ecuaciones químicas

Las reacciones químicas se representan por medio de ecuaciones químicas que, usando símbolos y fórmulas de las sustancias, nos brindan la información cualitativa y cuantitativa de todas las entidades materiales que intervienen en la reacción. Una ecuación química es una representación escrita que proporciona información acerca de lo que ha ocurrido en las reacciones químicas.

Una ecuación química se estructura con las siguientes partes:

  • Los reactivos o reactantes: son las sustancias que se combinan.
  • Productos: son las sustancias que se obtienen al final de la reacción.
  • La flecha: se interpreta como produce, origina o da lugar, y la dirección señala hacia
    los productos. El signo algebraico de (+) se usa para indicar la separación de las sustancias participantes, tanto en los reactivos como en los productos.
  • La letra minúscula colocada entre paréntesis, que está situada a la derecha del elemento o fórmula, indica el estado de agregación de la sustancia: sólido (s), líquido (l), gaseoso (g) o bien; si se trata de una solución acuosa (ac).
  • Los coeficientes son los números que se colocan al lado izquierdo del símbolo de cada elemento o fórmula, y es el resultado del balanceo de la ecuación química. Cuando no aparece el coeficiente numérico, se entiende que es la unidad y, por lo tanto, no se escribe.

Existen ecuaciones donde se emplean dobles flechas con sentidos opuestos. Estas reacciones se conocen como reversibles.

Cuando el producto de una reacción es un gas que se desprende, se utiliza una flecha hacia arriba, y si es un sólido o un precipitado, una flecha hacia abajo.

Algunos otros símbolos se utilizan en las ecuaciones y se representan de la siguiente manera.

Un ejemplo de cómo leer una ecuación química sería el siguiente:

Una molécula de calcio reacciona con dos moléculas de agua y se produce en una molécula de hidróxido de calcio y una molécula de hidrógeno.

Tipos de reacciones químicas

Una reacción química es un proceso por medio del cual una o más sustancias se combinan y se transforman para formar nuevas y diferentes sustancias.

Para que se realice dicha transformación, se requiere de una o más sustancias iniciales llamadas reactivos y la formación de otra u otras llamadas productos. Por ejemplo, cuando un pedazo de carbón se quema, las sustancias iniciales o reactivos son el carbono y el oxígeno del aire, y entre las sustancias finales o productos, encontramos al dióxido de carbono. Para que se produzca la reacción química, se requiere que los reactivos se encuentren en condiciones que favorezcan dicha reacción; si el carbón está húmedo o hay poco oxígeno, la reacción no se efectuará.

Las reacciones químicas pueden representarse mediante los modelos moleculares, dibujando los átomos como si fueran esferas y construyendo así las moléculas de las sustancias que intervienen en una reacción.

Utilizando los modelos moleculares pretenderemos mejor la conservación de la materia en las reacciones químicas, puesto que el número de esferas de cada clase debe ser el mismo en las sustancias iniciales y en las finales, es decir, tanto en los reactivos como en los productos.

Las reacciones químicas se clasifican en cuatro tipos:

a) Reacciones de combinación o de síntesis
b) Reacciones de descomposición o de análisis
c) Reacciones de sustitución simple o desplazamiento sencillo
d) Reacciones por doble sustitución, desplazamiento doble o de metátesis.

Síntesis o adición

Son aquellas donde dos o más sustancias (elementos o compuestos) se combinan para formar un producto. Un esquema sencillo de este tipo de reacciones y una ecuación química ejemplo serían:

Ejemplos de reacciones de combinación o síntesis.

Descomposición o análisis

Se observa que se puede producir una reacción química a partir de una sustancia, es decir, una sustancia única da lugar a otras diferentes. Un esquema sencillo de este tipo de reacciones y algún ejemplo serían:

Otros ejemplos que se presentan por descomposición térmica o electrolítica de algunos compuestos que contienen oxígeno son los siguientes:

Por electrólisis, que es la descomposición de una sustancia por la acción de la corriente eléctrica.

Sustitución o desplazamiento simple

Son aquellas donde reaccionan un elemento y un compuesto, y el elemento con mayor reactividad química sustituye a otro elemento del compuesto. Algunos ejemplos de reacciones de sustitución serían los siguientes:

En este tipo de reacciones A es el elemento que desplaza o sustituye, y puede ser un metal o un no metal.
Para saber si ocurrirá una reacción por desplazamiento, consideremos la reactividad química de los metales y los halógenos.

El hidrógeno es un no metal, pero se incluye por el grado de reactividad.

Ejemplos:

Sustitución o desplazamiento doble

También se les llama de metátesis, que significa un cambio en la sustancia, en el estado o en la forma. Las reacciones de sustitución son aquellas donde hay un intercambio de iones entre los compuestos.

La representación de está reacción es la siguiente:

Para comprender mejor este tipo de reacciones, debemos tener presente que los compuestos están formados por una parte positiva o catión, y una negativa o anión, que se intercambian al reaccionar por doble sustitución.

En este tipo de reacciones es característica la formación de un precipitado, de calor, o bien, de un gas; algunas reacciones de neutralización corresponden a este tipo de clasificación.

Ejemplos:

Generalmente las reacciones químicas inorgánicas van acompañadas de cambios de energía; las reacciones que liberan energía en forma de calor se conocen como exotérmicas, y las que absorben calor de su entorno, endotérmicas.

Balanceo de ecuaciones químicas

Las ecuaciones se balancean con la finalidad de buscar la igualdad entre los átomos en ambos lados de la ecuación, mediante el empleo de coeficientes numéricos.

Es importante recordar que los átomos tienen masa; por lo tanto, en una reacción, la masa total de las sustancias reactivas es igual a la masa total de los productos, y con esto se cumple con la ley de la conservación de la masa.

La ley de la conservación de la masa a menudo se aplica a las reacciones químicas básicas para explicar lo que pasa a nivel atómico durante una reacción, donde cada átomo presente al inicio de la reacción sigue presente al finalizar la misma.

Existen varios métodos para el balanceo de ecuaciones químicas y, entre ellos destacan el método del tanteo y el de óxido reducción.

Tanteo

Se trata de un procedimiento sencillo para ecuaciones simples, que consiste en agregar los coeficientes de cada una de las sustancias utilizando la falla y el error.

Reglas a seguir en este método:

  1. Escribe la ecuación y cerciórate de que la fórmula esté bien escrita, y no alteres ningún subíndice.

Nota: Al balancear ecuaciones químicas, es de suma importancia entender la diferencia entre un coeficiente antepuesto a la fórmula y el subíndice de la fórmula, pues se observa que la modificación del subíndice en una fórmula cambia la identidad de la sustancia. Nunca se deben de modificar los subíndices al estar balanceando una ecuación; por el contrario, si ponemos un coeficiente en la fórmula, lo único que estamos cambiando es la cantidad y no la identidad de la fórmula: 2H2O que significa dos moléculas de agua, 3H2O significa tres moléculas de agua, etc.

Observa este ejemplo antes de balancear nuestra ecuación.

2. Anota en el siguiente orden, los átomos que intervienen en la ecuación: primero los metales, luego los no metales, luego el hidrógeno y al final el oxígeno (si es que participan en la reacción).

3. Cuenta y compara la cantidad de átomos en los reactivos y en los productos. Observa que hay un potasio (K) en los reactivos y dos en los productos.

Ahora el azufre (S), que en los reactivos es uno y en los productos es otro.

Seguimos en el cloro (Cl), que en los reactivos es uno y en los productos es uno.

Recuerda que el hidrogeno se coloca después de los no metales, y observa que en los reactivos hay dos y en los productos uno.

Al final el oxígeno; observa que hay cuatro en los reactivos y cuatro en los productos.

Ahora observa que, el potasio (K) y el hidrógeno (H) son diferentes en los reactivos y los productos.

4. Para balancear cada uno de los elementos, empecemos por el potasio (K); colocaremos el coeficiente dos en el KCl.

Observa que ahora existen dos cloros (Cl) en los reactivos y solo uno en los productos. Coloca entonces el coeficiente dos en el HCl.

5. Finalmente, comprueba que cada uno de los elementos esté balanceado; de lo contrario, intenta nuevamente. Se dice que la ecuación está balanceada cuando se establece la misma cantidad de materia en los dos lados.

Óxido -reducción

Ya sabemos que cuando se hace un balanceo de una reacción química debemos obedecer la ley de la conservación de la masa. La cantidad de cada elemento tiene que ser la misma en ambos lados de la ecuación Cuando hacemos el balance de una reacción de oxidación-reducción existe un requerimiento adicional. La ganancia y pérdida de electrones debe estar balanceada. En otras palabras, si una sustancia pierde determinado número de electrones durante una reacción, otra sustancia tiene que ganar el mismo número de electrones.

Las ecuaciones por óxido-reducción se balancean tomando en consideración lo siguiente:

  • Oxidación es la pérdida de electrones en un átomo o ion.
  • Reducción es la ganancia de electrones en un átomo o ion.

En las reacciones de óxido reducción, el número de electrones perdidos por una sustancia en la oxidación, es igual al número de electrones ganados por otra sustancia en la reducción, esto permite el balanceo de las ecuaciones químicas.

La sustancia que se oxida se llama agente reductor, porque produce una reducción en otra sustancia; y la que se va a reducir, agente oxidante, porque produce la oxidación de otra sustancia.

El número de oxidación es la carga que se asigna a un átomo dentro de una molécula. En las reacciones de óxido reducción, es el número que se asigna a los reactivos y a los productos para indicar la transferencia de electrones.

Para este método se toma en consideración lo siguiente:

a) Cuando el elemento se encuentra sin combinar el número de valencia es cero.
b) El número de oxidación del hidrógeno es +1
c) El número de oxidación del oxígeno es -2.
d) El número de oxidación del grupo IA de la tabla periódica es +1
e) El número de oxidación del grupo IIA de la tabla periódica es +2
f) El número de oxidación negativo de los no metales se calcula restando el número 8 al número de grupo (V A, VI A y VII A).

Para balancear una ecuación por óxido-reducción se procede a lo siguiente:

Fuente: Secretaría de Educación Pública. (2015). Química I. Ciudad de México.