REACCIONES QUÍMICAS
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REACCIONES QUÍMICAS. Cuando una o más sustancias sufren un cambio que implica cambio de naturaleza estamos ante una REACCIÓN QUÍMICA. Algunos cambios observables a simple vista indican que se produce una cambio químico, por ejemplo…. Desprendimiento de gases. Aparición de sólidos.

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REACCIONES QUÍMICAS

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Reacciones qu micas

REACCIONES QUÍMICAS


Reacciones qu micas

Cuando una o más sustancias sufren un cambio que implica cambio de naturaleza estamos ante una REACCIÓN QUÍMICA

Algunos cambios observables a simple vista indican que se produce una cambio químico, por ejemplo….

Desprendimiento de gases

Aparición de sólidos

Desprendimiento de luz y calor


Reacciones qu micas

Y qué dice la TEORÍA ATÓMICA de todo esto, como lo explica … fácil recordemos átomos, moléculas, Dalton…


Reacciones qu micas

Ya sabríamos describir una reacción química:

Bastaría con explicar lo que tenemos al principio, lo que tenemos al final y en que circunstancias ocurre el cambio

Yo tenía un trozo de cinc . Lo eché en un bote con ácido clorhídirco y empezaron a formarse burbujas . Al cabo del rato el cinc había desaparecido , dejaron de salir burbujas.

Pero esto no queda muy científico que digamos y por tanto da poca información para todas las palabras usadas, ¿verdad?


Reacciones qu micas

Por eso en química usamos un lenguaje propio y las reacciones se representan mediante las

ecuaciones químicas

La reacción descrita de forma más científica, y por tanto con más información:

  • Zn +2 HCl ZnCl2 + H2

  • Esta ecuación a nivel molecular se puede representar por este esquema:


Reacciones qu micas

(s)

(s)

(g)

Una ecuación química es la representación escrita y abreviada de una reacción química.

  • A la izquierda se escriben las fórmulas de los reactivos(sustancias reaccionantes)

  • A la derecha se escriben las fórmulas de los productos(sustancias resultantes)

  • Separadas por una flecha.

    También pueden contener información sobre el estado físico de las sustancias y sobre las condiciones de la reacción.

Ejemplo: Descomposición carbonato de calcio

Δ

CaCO3

CaO + CO2


Reacciones qu micas

2

3

3

CH3CH2OH + O2 CO2+ H2O

Las ecuaciones tienen que estar ajustadas (igualadas, balanceadas), es decir, tiene que haber el mismo número de átomos de cada elemento al inicio y al final del proceso. Se utilizan los coeficientes estequiométricos, que son números que se colocan delante de las fórmulas de reactivos y productos e indican el número de moles que intervienen en la reacción.

Ejemplo: Combustión de etanol


Reacciones qu micas

6

2

3

2

Ejemplo: Reacción del aluminio con ácido clorhídrico

Ecuaciónquímica

… ajustada

Al + HCl→ AlCl3 + H2


Como ajustar una reacci n de combusti n

¿Como ajustar una reacción de combustión?

1ºAjustamos los átomos de hidrógeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de agua, para ajustar estos.

C2H6 + O2 CO2 + H2O

3


Reacciones qu micas

2º.-Ajustamos los átomos de carbono. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de dióxido de carbono, para ajustar estos.

C2H6 + O2 CO2 + 3 H2O

2


Reacciones qu micas

3º.-Ajustamos los átomos de oxigeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de oxígeno, para ajustar estos.

C2H6+ O2 2 CO2+ 3 H2O

7/2

Es perfectamente posible usar coeficientes fraccionarios.

Recuerda que realment representan en que proporciones reaccionan las sustancias


Reacciones qu micas

Para poder representarla ,eliminamos el coeficiente fraccionario, multiplicando por 2 los coeficientes:

2 C2H6 + 7 O2 4CO2 + 6H2O

Y también se pueden ajustar planteando una ecuación para cada elemento. Las incógnitas son los coeficientes.

¿Quién es capaz de repetir este ejemplo usando ecuaciones?


Reacciones qu micas

Se trata de averiguar el valor de unas cuantas incógnitas: los coeficientes a, b, c, d

a C2H6+ b O2 c CO2+ d H2O

Pero estos coeficientes están relacionados entre si, relaciones que se escriben como ecuaciones:

Por el C2 a = c

Por el O2·b = 2·c + d

Por el H 6·a = 2·d

Pero aquí pasa algo ¿verdad?

Exacto: falta una ecuación o sobra una incógnita.

Pues fácil: a = 1 ¿Por qué si? …. Y ¿por qué no?.


Reacciones qu micas

Se trata de averiguar el valor de unas cuantas incógnitas: los coeficientes a, b, c, d

a C2H6+ b O2 c CO2+ d H2O

Ya tenemos el sistema solucionable si a = 1

2 = c

2·b = 2·c + d

6 = 2·d

Con lo que

a = 1

c = 2

b = 7/2

d = 3

a = 2

c = 4

b = 7

d = 6


C lculos en las reacciones qu micas

Cálculos en las reacciones Químicas

Una ecuación química representa lo que ocurre en una reacción química y por tanto nos dará información

cualitativa (qué y como sucede)

cuantitativa (en que cantidades)

Y es importante conocer el aspecto cuantitativo de las reacciones:

¿Cuántos kilos de carbón necesito para sacar el hierro de 10 toneladas de mineral?

¿Qué dosis de antiobiótico es necesaria para acabar con un ataque bacteriano?

Vais a abordar los cálculos estequiométricos, es decir, vais a aprender a manejar la información cuantitativa de las ecuaciones químicas


Reacciones qu micas

Aunque realmente ya sabéis un montón sobre el asunto

Por que ya conocéis la Ley de Lavoisier

Y la ley de las proporciones definidas

Y la ley de los volúmenes de combinación

Con estas herramientas os bastará


Reacciones qu micas

Lo primero es saber leer lo que nos dice la ecuación

  • Ejemplo: Síntesis del agua: 2H2 + O2 2H2 O

    • Al reaccionar 2moléculas de hitdrógenocon 1 molécula de oxígeno, se forman 2 moléculas de agua.

  • O también (son proporciones)

  • Al reaccionar 2 moles de hidrógenocon 1 mol de oxígeno, se forman 2 moles de agua.


Reacciones qu micas

Lo primero es saber leer lo que nos dice la ecuación

2H2 + O2 2 H2 O

  • Recordando la relación masa - mol

    • Al reaccionar 4gramos de hidrógeno con 32 gramos de oxígeno, se forman 36 gramos de agua.

  • Por último recuerda los volúmenes y Avogadro

  • Al reaccionar 2 litros de hidrógeno con 1 litro de oxígeno, se forman 2 litros de agua. (todo a la misma P y T)


Reacciones qu micas

Reactivo limitante

Oxígeno

2 N2O3

2 N2

3 O2 +

Nitrógeno

Como ves no sobra nada, todos reaccionan


Reacciones qu micas

Reactivo limitante

Oxígeno

2 N2O3

2 N2

3 O2 +

Nitrógeno

Ahora sobra nitrógeno, no hay oxígeno suficiente para combinarse y formar N2O3

Es el reactivo limitante


Reacciones qu micas

Reactivo limitante

Oxígeno

2 N2O3

2 N2

3 O2 +

Nitrógeno

Ahora sobra oxígeno, no hay nitrógeno suficiente para combinarse y formar N2O3

Es el reactivo limitante


Reacciones qu micas

Reacciones de precipitación

2 KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq) → 2 KNO3(aq) + PbI2 (s)↓

Al poner en agua estos reactivos ocurre que se separan en iones….

NO3-

NO3-

I-

I-

K+

K+

Pb++


Reacciones qu micas

Reacciones de precipitación

2 KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq) → 2 KNO3(aq) + PbI2 (s)↓

NO3-

NO3-

I-

I-

K+

K+

Este producto es insoluble y precipita, es decir, se separa de la disolución en forma de sólido

Pb++


Reacciones qu micas

Reacciones de precipitación

2 KI (aq) + Pb(NO3)2 (aq) → 2 KNO3(aq) + PbI2 (s)↓


Reacciones qu micas

Reacciones redox

CuSO4+ Zn → Cu + ZnSO4

El Cu ha reducido su número de oxidación de 2 a 0, se ha reducido

El Zn ha aumentado su número de oxidación de 0 a 2, se ha oxidado

SO4=

Zn++

Zn

Cu++

Cu


Reacciones qu micas

Reacciones redox

ZnSO4+ Cu → Zn + CuSO4

Es la reacción en la que se basan las pilas y baterías eléctricas


Reacciones qu micas

Reacciones de neutralización

HCl+ H2 O

HCl+ NaOH

Cl- + H3O+

NaCl + H2O

Hay sustancias (ácidos) que ceden H sin su electrón (protones) a otras que los aceptan (bases)

Cuando un ácido reacciona con una base se produce una neutralización o reacción ácido base


Reacciones qu micas

Reacciones de ácido-base

HCl+ NaOH

NaCl + H2O

Na+

O

O

Cl-

H+

H

H

H

En este tipo de reacción se intercambian protones: cada H+ se une a un ión OH-


Reacciones qu micas

Reacciones de ácido-base

HCl+ NaOH

NaCl + H2O

Si el número de H+ es igual al número de OH- tenemos una neutralización

¿Y qué pasa si en una disolución no hay suficientes OH- o si no hay suficientes H+?

Pues que sobran H+ disoluciones ácidas

Pues que faltan H+ disoluciones básicas o alcalinas


Reacciones qu micas

Reacciones de ácido-base

La acidez de una solución se mide mediante al pH


Reacciones qu micas

Un poco más sobre las reacciones químicas


Reacciones qu micas

En las reacciones químicas se producen intercambios de energía

2 H2 + O2 2 H2 O + calor

El primer caso produce energía en forma de calor

6H2O + 6CO2 + luz  C6H12 O6 + 6O2

El segundo caso consume energía luminosa

El intercambio energético forma parte de la reacción química


Reacciones qu micas

El calor intercambiado entre un sistema donde se produce una reacción química y su entorno a temperatura constante es conocido como calor de reacción

Cuando este proceso ocurre a presión contante este calor se denomina entalpía: H

Depende de la cantidad

Es un función de estado

No hay valores absolutos


Reacciones qu micas

En una reacción química hay cambios: pasamos de un estado inicial o de partida

Para llegar a un estado final, cuando tenemos los productos de la reacción

Hfinal

Hinicial

Hfinal > Hinicial Proceso endotérmico

Pueden ocurrir dos cosas:

Hfinal < Hinicial Proceso exotérmico


Reacciones qu micas

Entalpía de productos mayorque la de los reactivos

Entalpía de productos menorque la de los reactivos


Reacciones qu micas

Ecuaciones termoquímicas

Las ecuaciones químicas se amplían un poquito

C(s) + O2(g)® CO2(g)DHr0 = – 393,5 kJ

H2 (g) + ½ O2 (g) ®H2O(l)DHr0 = – 285,8 kJ

Son ecuaciones termoquímicas, ecuaciones químicas como las que conocéis pero expresando también el intercambio de energía.

H2O(l) ®H2 (g) + ½ O2 (g) DHr0 = + 285,8 kJ

Y ahora a practicar esto un poquito


Reacciones qu micas

Recapitulando:

Cualquier sustancia posee una energía interna debida a su naturaleza: movimiento de sus moléculas o de sus átomos o de sus partículas subatómicas, debido a las fuerzas que mantienen unidos a los átomos. Todas esas energías contribuyen a la energía interna de las sustancias.

Cuando se produce una reacción química la energía interna de los reactivos cambia, bien aumenta bien disminuye. Tenemos reacciones endotérmicas o exotérmicas.

Esta diferencia de energía se mide mediante la variación de ENTALPIA


Reacciones qu micas

Ejemplo formación del amoniaco: NH3

2H2 (g) + N2 (g)  N2H4 (g) + 95,4 KJ

N2H4 (g) + H2 (g)  2 NH3 (g) – 187,6 KJ

¿Cuál es la entalpía de formación del amoniaco?

La ecuación global de formación del amoniaco la averiguamos sumando las ecuaciones intermedias

2H2 (g) + N2 (g)  N2H4 (g) + 95,4 KJ

Sumamos

N2H4 (g) + H2 (g)  2 NH3 (g) – 187,6 KJ

3H2 (g)

N2 (g)

N2 H4(g)

N2 H4(g)

2N H3(g)

3H2 (g) + N2 (g)  2 NH3ΔH = 95,4 – 187,6 = - 92,2 KJ


Reacciones qu micas

Por ejemplo: N y O forman NO2

½N2

+ ½ O2

H1 = 90,25 kJ

+ O2

NO

Hf = 33,20 kJ

+ ½ O2

H2 = - 57,05 kJ

NO2

Hf = H1 + H2 = 33,20 kJ


Velocidad de reacci n

Velocidad de reacción


Reacciones qu micas

La velocidad de reacción química se define como la cantidad de reactivos que se transforman por unidad de tiempo, es decir, mide el cambio en la concentración de los reactivos o productos por unidad de tiempo.

Por ejemplo en la descomposición del agua oxigenada

H2O2 H2O + ½O2

Observamos que …

tiempo (s)

[H2O2] (M)

[H2O] (M)

[O2] (M)

0

2,32

0

0

400

1,72

0,60

0,30

La concentración de agua oxigenada ha disminuido de 2,32 M a 1,72 M en 400 s,

a una velocidad de

-  [H2O2]

-(1,72 – 2,32)

=

=

0,0015 M/L·s

400

 t


Reacciones qu micas

La velocidad de reacción mide la rapidez con que aparecen los productos o desaparecen los reactivos

Esta gráfica nos dice que el NO2 y O2 aparecen mientras el N2O5 desaparece. Observa que al principio todo va muy rápido para irse haciendo más lento


Reacciones qu micas

Efecto de los

catalizadores

La velocidad de reacción también está afectada por los propios reactivos, la concentración, el estado físico, la temperatura, la presión


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