¿Qué son las Reacciones Químicas?
En la naturaleza existen dos tipos de cambios: cambios físicos (donde no se forma ninguna sustancia nueva) y cambios químicos.
Los cambios químicos se describen por medio de reacciones químicas:
Una reacción química es un proceso mediante el cual una o varias sustancias iniciales, llamadas reactivos, se transforman en otras distintas a estas, denominadas productos.
Mecanismo de una Reacción Química
En toda reacción química, las entidades moleculares de los reactivos (átomos, moléculas o iones) chocan entre sí y sus átomos se reorganizan. Los enlaces entre los átomos de los reactivos se destruyen y se forman nuevos enlaces, que dan lugar a los productos.
Para que un choque sea eficaz y se formen los productos, debe reunir dos requisitos:
- Energía suficiente, llamada energía de activación (Ea).
- Orientación adecuada.
Esta explicación del mecanismo por el que transcurre una reacción química se denomina teoría de las colisiones.
Ecuaciones Químicas y su Ajuste
Para describir las reacciones químicas se emplean ecuaciones químicas:
Una ecuación química es la representación escrita y abreviada de una reacción química.
Una ecuación química nos proporciona tanto información cualitativa como cuantitativa. Debe estar ajustada:
Ajustar una ecuación química consiste en asignar a cada fórmula un coeficiente para que haya el mismo número de átomos de cada elemento en ambos miembros.
Leyes Fundamentales de las Reacciones Químicas
Ley de Conservación de la Masa
Lavoisier enunció la ley de conservación de la masa:
En una reacción química, la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.
La Hipótesis de Avogadro
Volúmenes iguales de cualquier gas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.
Tipos de Reacciones Químicas
Las reacciones químicas se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios:
Clasificación según el mecanismo de intercambio
Reacciones de Síntesis
Reacciones de Descomposición
Reacciones de Desplazamiento
Reacciones de Doble Desplazamiento
Clasificación según las partículas intercambiadas
Reacciones Ácido-Base
Transferencia de cationes de hidrógeno (H+) desde un ácido a una base. Se obtienen como productos una sal y agua.
Ácido + Base → Sal + Agua
Reacciones Redox
Transferencia de electrones entre los reactivos.
Reacciones de Precipitación
Transferencia de iones en disolución entre dos compuestos iónicos solubles para formar una sal insoluble llamada precipitado.
Reacciones de Combustión
Caso particular de reacción redox en la que una sustancia (combustible) reacciona con oxígeno (comburente) y genera dióxido de carbono y vapor de agua.
Escala de pH
El pH es una medida de la acidez o basicidad (alcalinidad) de una disolución.
La escala de pH va de 0 a 14.
- Disoluciones ácidas
- pH < 7
- [H+] > 10-7 mol/L
- Disolución neutra
- pH = 7
- [H+] = [OH–] = 10-7 mol/L
- Disoluciones básicas
- pH > 7
- [OH–] > 10-7 mol/L
Reacciones de Combustión: Aplicaciones y Características
La combustión es una reacción redox en la que una sustancia llamada combustible reacciona con oxígeno, denominado comburente, y genera dióxido de carbono y vapor de agua.
Las reacciones de combustión constituyen una fuente de energía y cuentan con numerosas aplicaciones:
- Generación de electricidad en centrales térmicas.
- Fuente de energía de los motores de los automóviles.
- Respiración celular para suministrar energía a las células del cuerpo.
- Fuente de energía doméstica: calefacciones, cocinas, estufas, etc.
Velocidad y Energía de las Reacciones Químicas
La velocidad de una reacción es la rapidez con la que se combinan los reactivos o la rapidez con la que se forman los productos.
Factores que influyen en la velocidad de reacción
- Temperatura de la reacción
- Al aumentar la temperatura de la reacción, incrementa la velocidad de las partículas y, como consecuencia, se producen más choques entre las partículas.
- Concentración de los reactivos
- Al aumentar la concentración de los reactivos, hay más partículas en el mismo espacio, con lo que habrá más colisiones.
- Grado de división de los reactivos sólidos
- Al aumentar el grado de división de los reactivos sólidos, se facilita el contacto entre los reactivos y, por tanto, el número de choques eficaces.
- Presencia de catalizadores
- Los catalizadores son sustancias que modifican el mecanismo de reacción, cambiando la energía de activación y con ello la velocidad de la reacción. Se mantienen inalteradas al finalizar la reacción.
Transferencia de Energía en las Reacciones Químicas
Las reacciones endotérmicas tienen lugar con la absorción de energía en forma de calor.
Las reacciones exotérmicas transcurren con desprendimiento de energía en forma de calor.
El calor intercambiado durante una reacción química recibe el nombre de calor de reacción, Q. Su unidad en el SI es el julio (J), aunque suele expresarse en kilojulios (kJ), y se refleja en la ecuación química correspondiente, que pasa a denominarse ecuación termoquímica.
Por convenio, seguimos el siguiente criterio:
- Si Q > 0, la reacción es endotérmica.
- Si Q < 0, la reacción es exotérmica.
Cálculos Estequiométricos
La constante de Avogadro (NA) representa el número de partículas que hay en un mol de sustancia. Este valor es constante: 6,022 · 1023.
Cálculos de Volúmenes
El volumen molar (Vm) de un gas es el volumen que ocupa un mol de gas.
En condiciones estándar: Vm = 22,7 L · mol-1
Condiciones Estándar
Presión de 105 Pa y temperatura de 237 K.