Las reacciones químicas

Proceso por el que unas sustancias se transforman en otras diferentes mediante la ruptura y formación de enlaces químicos. Este proceso supone una reorganización de los átomos de las sustancias que intervienen en la reacción.

Ecuaciones químicas

Se representan mediante ecuaciones químicas:

• Se escriben las fórmulas de las sustancias que intervienen en el proceso e indicando su estado de agregación.
• Constan de reactivos (sustancias iniciales) y productos (sustancias finales).
• Deben estar ajustadas: el número de átomos de cada elemento químico debe ser el mismo en ambos miembros de la ecuación.

Ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier)

Indica que, en toda reacción química, la masa de las sustancias que reaccionan es igual a la masa de las sustancias resultantes.

Leyes de los volúmenes de combinación

En una reacción química, el volumen de gas que reacciona y el volumen de gas resultante guardan una proporción de números enteros sencillos, siempre que se midan en iguales condiciones de presión y temperatura.

En las mismas condiciones de presión y temperatura, volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de partículas.

Las últimas partículas de los elementos gaseosos no son los átomos, sino agregados de dos o más átomos llamados moléculas.

Clasificación de las reacciones químicas

• Síntesis (A + B → AB): Dos o más sustancias, ya sean elementos o compuestos, se unen para formar una sustancia nueva.
• Descomposición (AB → A + B): Un compuesto químico se descompone en dos o más sustancias.
• Reemplazo simple (AB + X → AX + B): Uno de los elementos de un compuesto químico es reemplazado por otro.

Según la velocidad de la reacción

La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se forma o que desaparece durante una reacción química por unidad de tiempo.

Factores que influyen en la velocidad:

• Naturaleza de los reactivos: las sustancias que intervienen determinan la velocidad.
• Superficie de contacto: a mayor superficie de contacto entre los reactivos, mayor velocidad de reacción. Así, las reacciones se aceleran si se pulverizan los reactivos o si se disuelven entre sí.
• Concentración de los reactivos: la velocidad de una reacción aumenta al aumentar la concentración de los reactivos, ya que el número de choques moleculares es mayor.
• Temperatura: la velocidad de reacción crece con la temperatura. Se estima que, en general, un aumento de 10 °C duplica la velocidad de reacción.
• Utilización de catalizadores: los catalizadores son sustancias que modifican la velocidad de una reacción química. Pueden aumentarla (se llaman catalizadores positivos) o disminuirla (se llaman inhibidores).

Para intervenir en la reacción, solo es necesaria una pequeña cantidad de catalizador, que se recupera, en la mayoría de los casos, al final de dicha reacción.

Según la energía intercambiada

Una reacción exotérmica es aquella que desprende calor al producirse. Una reacción endotérmica es la que necesita calor para poder producirse.

Las ecuaciones que indican el calor de reacción se denominan ecuaciones termoquímicas.

La diferencia entre la energía de la ruptura de enlaces y la formación es el calor de reacción.

Para que una reacción se inicie, se debe vencer la inercia de los reactivos, por lo que se necesita una energía inicial o energía de activación.

Reacciones químicas importantes

Reacciones ácido-base

• Ácidos (H+): tienen sabor agrio, cambian el color de muchos colorantes vegetales, disuelven a los metales desprendiendo hidrógeno y pierden sus propiedades al reaccionar con las bases.
• Bases (OH-): tienen sabor amargo, cambian el color de muchos colorantes vegetales, tienen tacto jabonoso y pierden sus propiedades al reaccionar con los ácidos.

Un ácido es una sustancia que, en disolución acuosa, cede iones hidrógeno (H+).

Una base es una sustancia que, en disolución acuosa, cede iones hidroxilo (OH-).

pH es el logaritmo decimal, cambiado de signo, de la concentración de iones hidrógeno: pH = -log[H+].

Para medir el pH de una disolución se usan indicadores, sustancias que, añadidas en pequeñas cantidades, adquieren un color u otro según entren en contacto con un ácido o con una base.

Una reacción de neutralización es aquella por la que un ácido reacciona con una base para formar una sal y agua.

Oxidación, reducción y combustión

Oxidación es la adición de oxígeno a una sustancia.

Reducción es la pérdida de oxígeno de un compuesto.

La combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se desprende calor y, con frecuencia, luz.

La sustancia que arde es el combustible y la sustancia que mantiene la combustión es el comburente.

Cantidad de sustancia

Mol: es la cantidad de sustancia que contiene tantas partículas como átomos hay en 12 g (0,012 kg) de carbono-12.

Un mol es la cantidad de sustancia pura que contiene el número de Avogadro (6,022·10²³) de partículas.

Masa molar (M): es la masa de un mol de partículas. Su unidad es g·mol^-1 (g/mol).

Relación: n = m (g) / M (g·mol^-1), donde n es el número de moles, m la masa y M la masa molar.

Estequiometría y concentraciones

Estequiometría: es la parte de la química que estudia las proporciones en las que reaccionan las sustancias.

Volumen molar

Volumen molar: es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones estándar de presión y temperatura; su valor aproximado es 22,7 L.

Porcentajes y concentraciones

• Porcentaje en masa: % en masa = m(soluto) / m(disolución) × 100.
• Concentración en masa: = m(soluto) / V(disolución) (unidad típica: g·L^-1).
• Porcentaje en volumen: % en volumen = V(soluto) / V(disolución) × 100.
• Molaridad (concentración molar): M = n(soluto) / V(disolución) (unidad: mol·L^-1).