Reacciones Químicas
Una reacción química es un proceso en el cual unas sustancias iniciales, con unas propiedades y características determinadas, denominadas reactivos, se transforman en otras sustancias finales, denominadas productos de la reacción, las cuales tienen otras propiedades diferentes a las de los reactivos. Se podría decir que se produce un cambio en la naturaleza básica de las sustancias. Las sustancias iniciales y finales son totalmente diferentes.
La viabilidad de una reacción química dependerá de dos factores: el factor termodinámico y el factor cinético.
Tipos de Reacciones
- Síntesis:
👉 A + B → AB
Se unen varias sustancias para formar una sola. - Descomposición:
👉 AB → A + B
Una sustancia se separa en varias. - Combustión:
👉 Siempre aparece O₂ y normalmente produce CO₂ + H₂O. - Sustitución:
👉 A + BC → AC + B
Un elemento reemplaza a otro. - Desplazamiento:
👉 AB + CD → AD + CB
Dos compuestos intercambian sus partes. - Neutralización:
👉 Ácido + base → sal + agua
Velocidad de Reacción
La velocidad de reacción es la rapidez con la que se forman los productos o se consumen los reactivos involucrados en dicha reacción.
La velocidad de reacción se define en términos del tiempo necesario para que desaparezca o se transforme una determinada cantidad de reactivos o para que se formen los productos correspondientes.
Teoría de las Colisiones
La teoría cinético-molecular de la materia nos dice que los átomos y las moléculas de las distintas sustancias se hallan en continuo movimiento, lo que ocasiona choques constantes entre las partículas.
Dos moléculas pueden chocar entre sí y no necesariamente reaccionar. Para que el choque sea eficaz y se produzca una reacción, se deben cumplir tres condiciones:
Moléculas con suficiente energía cinética para que al colisionar rompa algunos enlaces.
Que la colisión o choque se verifique con una orientación adecuada.
Tener una frecuencia de colisión que permita mayor probabilidad de choques más eficaces.
Energía de Activación
Es la cantidad de energía requerida para romper los enlaces entre los átomos de los reactivos.
Factores que Modifican la Velocidad de Reacción
Naturaleza de los Reactivos
La velocidad de una reacción depende principalmente de la estructura electrónica de los átomos o iones, del tipo de enlace químico y de la afinidad entre átomos, moléculas o iones presentes, electronegatividad, acidez, basicidad. Por ejemplo, las sustancias en formas moleculares reaccionan más lentamente que las iónicas.
Estado Físico
Una mayor movilidad de las moléculas en un espacio determinado garantiza más colisiones, por lo tanto, si los reactivos se hallan en estado gaseoso y líquido, la reacción es más rápida que en el estado sólido. Es por este motivo que en el laboratorio y en la industria las soluciones acuosas son un excelente medio de reacción.
Pulverización de las Partículas
Mientras mayor sea la superficie de contacto de las moléculas reaccionantes, mayor será la velocidad de reacción. Es por este motivo que muchos sólidos se pulverizan antes de iniciar una reacción.
Temperatura
De acuerdo con la teoría cinético-molecular, si aumentamos la temperatura, la velocidad a la que se movilizan las partículas aumentará; por tanto, si un reactivo es calentado, la energía cinética de sus moléculas aumentará, con ello el número de colisiones y también la velocidad de reacción.
Concentración
La mayor población de moléculas que conforman los reactivos en un espacio reducido garantiza una mayor cantidad de colisiones.
Dentro de una reacción química sucede que, al aumentar la concentración de uno de los reactivos, se multiplica la velocidad de reacción debido a que al existir mayor número de moléculas habrá mayor número de colisiones.
Catalizadores
Se llama catalizador a cualquier sustancia que, presente en pequeñas cantidades, aumenta o disminuye notablemente la velocidad de reacción química, sin consumirse en la reacción.
Los catalizadores no son parte de los reactivos ni de los productos.
Cualidades de los Catalizadores
- Intervienen en pequeñísimas cantidades.
- No alteran el producto de la reacción.
- No se consumen durante la reacción.
- Son específicos.
Catalizadores Biológicos
Los catalizadores biológicos, también llamados enzimas, son sustancias que aumentan la velocidad de las reacciones que se dan en los seres vivos. Las enzimas son proteínas que se caracterizan por tener una gran especificidad, alta eficiencia catalítica, son biodegradables y no requieren de condiciones extremas de funcionamiento, ni altas temperaturas ni valores extremos de pH o salinidad.
Ecuaciones Químicas
Reacción Química
Es un proceso en el que las sustancias iniciales (reactivos), con propiedades y características determinadas, se transforman en otras sustancias finales (productos) totalmente diferentes.
Ecuación Química
Es la representación de una reacción química; esta debe cumplir la ley de la conservación de la materia y energía.
Utiliza fórmulas químicas para describir las identidades y cantidades relativas de los reactivos y productos involucrados en una reacción química.
- REACTIVOS: Son las sustancias iniciales que reaccionan y se colocan en el lado izquierdo de la ecuación.
- PRODUCTOS: Son las sustancias nuevas que se forman como resultado de la reacción y se encuentran en el lado derecho.
- SUBÍNDICE: Son números pequeños escritos después de un elemento en una fórmula. Indican la cantidad de átomos de ese elemento en una molécula.
- COEFICIENTE: Son los números grandes escritos antes de una fórmula química. Indican cuántas moléculas o moles de esa sustancia participan en la reacción.
- SIGNO (+): Se utiliza para separar diferentes reactivos o productos y se lee como «más» o «reacciona con».
- FLECHA: Se lee como «produce» o «reacciona y forma» y separa los reactivos de los productos. Indica la dirección de la reacción.
Otros Elementos Importantes
Estados de agregación: Se indican con una abreviatura entre paréntesis después de cada sustancia:
- (s): para sólido
- (l): para líquido
- (g): para gaseoso
- (ac): para acuoso (disuelto en agua)
Diferencia entre Reacción Química y Ecuación Química
- REACCIÓN QUÍMICA: Es el proceso en el que las sustancias se unen para transformarse en otras diferentes.
- ECUACIÓN QUÍMICA: Es la representación simbólica de las reacciones químicas.
Leyes de Conservación
Materia y Energía
- Materia: Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.
- Masa: Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo.
- Volumen: Es el espacio ocupado por la masa.
- Cuerpo: Es una porción limitada de materia.
Energía: Es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor. Son formas comunes de energía: la luz, el calor, la energía eléctrica, mecánica y química. La energía se puede convertir de una forma en otra. Por ejemplo, cuando enciendes una linterna, la energía química almacenada en las baterías se convierte en energía eléctrica, y finalmente, en luz y en un poco de energía calorífica.
Ley de Conservación de la Energía
Tanto los procesos físicos como los químicos están acompañados de variaciones de energía, tales como absorción o emisión de calor, emisión de luz o producción de electricidad. De cualquier manera, con excepción de las transformaciones nucleares, EN NINGÚN PROCESO SE CREA O SE DESTRUYE ENERGÍA: SOLO SE TRANSFORMA. Así, la energía de la gasolina, por ejemplo, se convierte en energía de movimiento del auto.
Ley de Conservación de la Materia
Los trabajos cuidadosos de Lavoisier, al pesar las cantidades de los reactivos antes de un cambio químico y, después, la cantidad de productos obtenidos, le permitieron enunciar la ley de la conservación de la masa.
La ley de la conservación de la masa puede extenderse a toda la materia: LA MATERIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SINO QUE SE TRANSFORMA.
Ley de la Conservación de la Materia en una Ecuación
Propuesta por Antoine Lavoisier, quien dice:
“En toda reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos. La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.”
Igualación de Ecuaciones
Se deben buscar los coeficientes adecuados para las fórmulas químicas en la ecuación original. El coeficiente es el número escrito previo al reactivo o producto. Los coeficientes son números enteros y no se escribe el valor 1.
Pasos para Igualar una Ecuación
- PASO 1: Escribe la ecuación con la estructura básica para la reacción. Considerar la escritura adecuada de las fórmulas y símbolos de todas las sustancias participantes.
- PASO 2: Cuenta los átomos de los elementos de los reactivos.
- PASO 3: Cuenta los átomos de los elementos de los productos.
- PASO 4: Coloca los coeficientes necesarios para que el número de átomos de cada elemento sea igual en ambos lados de la ecuación. Los coeficientes deben ser números enteros lo más pequeños posibles. NUNCA cambies los subíndices de una fórmula química para balancear la ecuación, porque cambiarás la identidad química de la sustancia.
Estequiometría
En química, la estequiometría es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química, en las que están involucradas las masas atómicas, masas moleculares, fórmulas químicas y ecuaciones químicas.
Masa Atómica
La masa atómica es la suma de la masa de los protones y neutrones pertenecientes a un átomo.
- H = 1 uma
- C = 12 uma
- Cl = 35.5 uma
- O = 16 uma
- Na = 23 uma
- S = 32 uma
- N = 14 uma
- Ca = 40 uma
- K = 39 uma
Masa Molecular
Es la suma de las masas atómicas en una molécula.
- H₂O = 1(2) + 16 = 2 + 16 = 18 uma
- H₂SO₄ = 1(2) + 32 + 16(4) = 2 + 32 + 64 = 98 uma
Mol
Un mol es una unidad fundamental que mide la cantidad de materia y hace referencia a un número determinado de unidades elementales: 6,0221367 × 10²³. Se abrevia como 6,022 × 10²³, y se conoce como número de Avogadro.
Interconversión entre Masa y Moles
La masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma) es numéricamente equivalente a la masa de un mol de esos mismos átomos en gramos (g).
O = 16 uma → O = 16 g
Razón Molar
N₂ + 3H₂ ⇄ 2NH₃
Para pasar de las moléculas de una sustancia al número equivalente de moléculas de otra sustancia presentes en una reacción, se utiliza el factor químico, que es la razón de dos cantidades cualquiera de una ecuación balanceada. Así:
1 molécula de N₂ / 2 moléculas de NH₃ / 3 moléculas de H₂
3 moléculas de H₂ / 1 molécula de N₂ / 2 moléculas de NH₃
Como las moléculas no son unidades prácticas para trabajar en el laboratorio, se utilizan unidades equivalentes como son el mol y la masa. La relación se mantiene y se expresa: 1 mol de N₂ reacciona con 3 mol de H₂ para formar 2 moles de amoníaco.
A esta relación se la conoce como razón molar:
1 mol de N₂ / 2 mol de NH₃ / 3 mol de H₂
3 mol de H₂ / 1 mol de N₂ / 2 mol de NH₃
Determinar el número de moles de oxígeno que se requieren para la combustión completa de 5 moles de butano, en la siguiente reacción:
2C₄H₁₀ + 13O₂ ⇄ 8CO₂ + 10H₂O
Hay dos maneras de realizarlo, por regla de tres:
2 mol de C₄H₁₀ ── 13 mol de O₂
5 mol de C₄H₁₀ ── X = 32.5 mol
Con la razón molar: 
5 mol C₄H₁₀ × (13 mol O₂ / 2 mol C₄H₁₀) = 32,5 mol