Fundamentos de las Reacciones Químicas
Una reacción química consiste en el cambio de una o más sustancias en otra(s). Los reactantes son las sustancias involucradas al inicio de la reacción y los productos son las sustancias que resultan de la transformación.
La Ecuación Química: Representación de la Transformación
En una ecuación química que describe una reacción, los reactantes, representados por sus fórmulas o símbolos, se ubican a la izquierda de una flecha; y posterior a la flecha, se escriben los productos, igualmente simbolizados.
En una ecuación se pueden indicar los estados físicos de las sustancias involucradas de la manera siguiente:
- (s) para sólido
- (l) para líquido
- (g) para gaseoso
- (ac) para soluciones acuosas
Los catalizadores, temperaturas o condiciones especiales deben especificarse encima de la flecha.
Reactante(s) → Producto(s)
Clasificación de las Reacciones Químicas
Las reacciones químicas pueden clasificarse de manera sencilla en cinco grandes grupos (más la combustión, que se trata aparte). Existen otras clasificaciones, pero para la predicción de los productos de una reacción, esta clasificación es la más útil.
1. Reacciones de Síntesis o Composición
En estas reacciones, dos o más elementos o compuestos se combinan, resultando en un solo producto.
Definición de Síntesis Química
La combinación de dos o más sustancias para formar un solo compuesto.
A + B → C (donde A y B pueden ser elementos o compuestos)
Ejemplo Práctico
Problema: Escriba la reacción de síntesis entre el aluminio y el oxígeno.
Solución: Dos elementos se combinarán para formar el compuesto binario correspondiente. En este caso, el aluminio y el oxígeno formarán el óxido de aluminio. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
4 Al (s) + 3 O₂ (g) → 2 Al₂O₃ (s)
2. Reacciones de Descomposición
Estas reacciones son inversas a las de síntesis y son aquellas en las cuales se forman dos o más productos a partir de un solo reactante, usualmente con la ayuda del calor o la electricidad.
Definición de Descomposición Química
La formación de dos o más sustancias a partir de un solo compuesto.
A → B + C (donde B y C pueden ser elementos o compuestos)
Ejemplo Práctico
Problema: Escriba la ecuación que representa la descomposición del óxido de mercurio (II).
Solución: Un compuesto binario se descompone en los elementos que lo conforman. En este caso, el óxido de mercurio (II) se descompone para formar los elementos mercurio y oxígeno. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
2 HgO (s) → 2 Hg (l) + O₂ (g)
3. Reacciones de Desplazamiento o Sustitución Sencilla
Estas reacciones son aquellas en las cuales un átomo toma el lugar de otro similar, pero menos activo, en un compuesto. En general, los metales reemplazan metales (o al hidrógeno de un ácido) y los no metales reemplazan no metales.
Definición de Desplazamiento Químico
Un elemento reemplaza a otro similar y menos activo en un compuesto.
AB + C → CB + A o AB + C → AC + B
(Donde C es un elemento más activo que un metal A o un no metal B)
Series de Actividad
La actividad de los metales es la siguiente, en orden de mayor actividad a menor actividad:
Li, K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au.
El orden de actividad de los no metales más comunes es el siguiente: F, O, Cl, Br, I, siendo el flúor el más activo.
Ejemplos Prácticos
Ejemplo 1: Magnesio y Sulfato de Cobre (II)
Problema: Escriba la reacción entre el magnesio y una solución de sulfato de cobre (II).
Solución: El magnesio es un metal más activo que el cobre y, por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando sulfato de magnesio. A la vez, el cobre queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
Mg (s) + CuSO₄ (ac) → MgSO₄ (ac) + Cu (s)
Ejemplo 2: Óxido de Sodio y Flúor
Problema: Escriba la reacción entre el óxido de sodio y el flúor.
Solución: El flúor es un no metal más activo que el oxígeno y, por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando fluoruro de sodio. A la vez, el oxígeno queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
2 F₂ (g) + 2 Na₂O (ac) → 4 NaF (ac) + O₂ (g)
Ejemplo 3: Plata y Nitrato de Bario (No Reacción)
Problema: Escriba la reacción entre la plata y una solución de nitrato de bario.
Solución: La reacción no se da, puesto que la plata es un metal menos activo que el bario y, por ende, no lo reemplaza.
4. Reacciones de Doble Desplazamiento o Intercambio
Estas reacciones son aquellas en las cuales el ión positivo (catión) de un compuesto se combina con el ión negativo (anión) del otro y viceversa, lo que genera un intercambio de átomos entre los reactantes. En general, estas reacciones ocurren en solución, es decir, que al menos uno de los reactantes debe estar en solución acuosa.
Definición de Doble Desplazamiento Químico
Los reactantes intercambian átomos: el catión de uno se combina con el anión del otro y viceversa.
AB + CD → AD + CB
Ejemplo Práctico
Problema (Inferido): Escriba la reacción entre el nitrato de plata y el ácido clorhídrico.
Solución: En esta reacción, la plata reemplaza al hidrógeno del ácido, formando cloruro de plata. Al mismo tiempo, el hidrógeno reemplaza a la plata, formando ácido nítrico con el nitrato. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:
AgNO₃ (ac) + HCl (ac) → HNO₃ (ac) + AgCl (s)
5. Reacciones de Neutralización
Estas reacciones son un subtipo de doble desplazamiento o intercambio. Su particularidad es que ocurren entre un ácido y una base, y los productos de la reacción son agua y una sal formada por el catión de la base y el anión del ácido.
Ejemplo de Neutralización
La reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio resulta en la formación de agua y sulfato de sodio. La ecuación que representa esta reacción es la siguiente:
H₂SO₄ (ac) + 2 NaOH (ac) → 2 H₂O (l) + Na₂SO₄ (ac)
6. Reacciones de Combustión
Estas reacciones ocurren cuando un hidrocarburo orgánico (un compuesto que contiene carbono e hidrógeno) se combina con el oxígeno, formando agua y dióxido de carbono como productos de la reacción y liberando grandes cantidades de energía. Las reacciones de combustión son esenciales para la vida, ya que la respiración celular es una de ellas.
Definición de Combustión
Un hidrocarburo orgánico reacciona con el oxígeno para producir agua y dióxido de carbono:
Hidrocarburo + O₂ → H₂O + CO₂
Ejemplo Práctico
Problema: Escriba la ecuación que representa la reacción de combustión de la glucosa, el azúcar sanguíneo (C₆H₁₂O₆).
Solución: En esta reacción, la glucosa es un hidrocarburo que reacciona con el oxígeno, resultando en los productos de la combustión: el agua y el dióxido de carbono. La ecuación balanceada que representa la reacción es la siguiente:
C₆H₁₂O₆ (ac) + 6 O₂ (g) → 6 H₂O (l) + 6 CO₂ (g)