QUMICA GENERALIng. Carlos Alfredo UGARTE ALVN

Reacciones y Ecuaciones QumicasMnO2+ 2SO2-------->MnS2O6

ContenidoContenidoOrientacionesLa Ecuacin QumicaClases de Reacciones QumicasReaccin de adicin o combinacin (o sntesis)Reaccin de descomposicinReaccin de desplazamiento o de sustitucin simpleReaccin de doble desplazamiento o mettesisSegn la energa calorfica involucradaSegn el sentido de la reaccinSegn la velocidad de ReaccinSegn el tipo de sustancias reaccionantes o naturaleza de reactantesReacciones de Reduccin y Oxidacin (REDOX)Conceptos ClavesReglas PrcticasTipos de reacciones REDOXBalance de Ecuaciones QumicasMtodo redoxMtodo del nmero de OxidacinMtodo del ion-electrn

OrientacionesPara enriquecer su aprendizaje no olviden leer sus enlaces interesantes,revisar el blog del curso y finalmente tomar sus autoevaluaciones en linea.

La Ecuacin QumicaLa ecuacin qumica proporciona un medio de mostrar en un cambio qumico, los reactivos y los productos, la composicin atmica y la relacin molecular que interviene en dicho cambio. Adems, las formulas representan las cantidades respectivas de moles que intervienen. Por ejemplo, en la ecuacin

MnO2 + 2SO2 ----------->MnS2O61 mol de MnO2 reacciona con 2 moles de SO2 para formar 1 mol de MnS2O6 ditionato manganoso.Probablemente, en la realidad no tendramos xito al tratar de producir 1 mol de producto a partir de estas cantidades porque, como en muchas otras reacciones qumicas, las reacciones secundarias consumen parte de los reactivos. En consecuencia, se debe considerar a la ecuacin como una expresin ideal en la cual se hace caso omiso de todas la reacciones secundarias.

Adems, una ecuacin qumica est limitada por su brevedad. La ecuacin simplemente 2H2+O2-------->2H2Odebe ser vista meramente como la colisin de dos molculas de hidrgeno con una molcula de oxgeno, a partir de lo cual surge dos molculas de agua. Sin embargo, un estudio detallado de esta reaccin muestra que es muy compleja y que nuestra ecuacin simple es solamente un resumen de las relaciones de peso entre los reactivos y los productos.Aunque de ordinario la ecuacin qumica es una breve representacin de una reaccin qumica, unas cuantas reglas simples la hacen til. La ecuacin qumica debe representar los hechos experimentales tan aproximadamente como sea posible, aunque se pueden introducir convenciones poco reales

Algunas de las reglas o guas comunes para establecer una ecuacin qumica son:Expresar todas las especies inicas solubles con las formulas inicas apropiadas. Identificar las sustancias inicas insolubles con frmulas moleculares ( la relacin ms simple de los iones, como CaSO4, Fe(OH)3). Representar el carcter cido de una sustancia por H+ (H3O+) para cidos fuertes. Para cidos dbiles, la frmula molecular es una indicacin de que la reaccin qumica resulta de la formacin o del consumo del cido dbil.Mostrar todas las sustancias enlazadas por covalencia ordinaria, como el agua, bixido de carbono y amoniaco, en sus formulas moleculares convencionales (H2O, CO2 y NH3). Sobre todo, el propsito de una ecuacin qumica es representar lo ms exactamente posible el curso principal de una reaccin qumica.

Clases de Reacciones QumicasSegn como se originan los productosReacciones de adicin o combinacin o sntesisReaccin de descomposicinPirrlisisElectrlisisFermentacin alcohlicaFotlisisCatlisisReaccin de desplazamiento o sustitucin simpleReaccin de doble desplazamiento o doble descomposicin o mettesisPrecipitacinNeutralizacinSegn la energa calorfica involucradaExotrmicaEndotrmicaCombustin

Segn el sentido de la reaccinIrreversibleReversibleSegn la velocidad de reaccinLentaRpidaSegn el tipo de sustancia reaccionanteInicasCovalentesClases de Reacciones Qumicas

Reaccin de adicin o combinacin (o sntesis)Esquema general: aA + bB + ... -----> mMConsiste en que dos o ms reactantes forman un solo producto. En este tipo de reacciones generalmente se libera calor, es decir son exotrmicas. Es tpica en la formacin de un compuesto por combinacin directa de sus elementos (sntesis).Ejemplos:2H2(g) + O2(g) --------> 2H2O(l) Sntesis de Lavoiser: mediante chispa elctrica el hidrgeno con el O2 para formar el agua.N2(g) + 3H2(g) ----->2NH3(g) Sntesis de Haber-Bosh: a temperatura y presin alta se forma amonaco a partir de H2 y N2 gaseoso.4Fe(s) + 3O2(g) -------> 2Fe2O3(s) Formacin del xido frrico.

Reaccin de descomposicinEn este tipo de reacciones partimos de un solo reactante para descomponerlo en 2 o ms productos, por medio de un agente energtico externo o un catalizador: si la energa es calorca se llama pirrlisis (descomposicin por calentamiento a altas temperaturas); por medio de la corriente electrica se llama electrlisis; por accin de la luz, fotlisis, por accin de un catalizador se llama catlisis, etc.Esquema general: mM -------------------> aA + bB + ........Agente energtico o qumicoPirrolisis: CaCO3(s)---------->CaO(s) + CO2(g)Electrlisis:2NaCl(l) ----------> 2Na(l) + Cl2(g)c.eFotlisis: 2H2O2(ac) -------> 2H2O(l) + O2(g)

Reaccin de desplazamiento o de sustitucin simpleGeneralmente se presenta cuando un elemento es ms activo o ms reactivo, desplazando a otro elemento menos reactivo que se encuentra formando parte de un compuesto; el elemento que ha sido desplazado queda en forma libre.En el caso de los metales, los ms activos son los alcalinos y alcalinos-trreos. Los no metales ms reactivos son algunos halgenos (F2, Cl2 y Br2), oxgeno y fsforo.Rb>K>Na>Li>Ba>Sr>Ca>Mg>Zn>Pb>Fe>H>Cu>Ag>AuEsquema generalA + BC ------->AC + BDesplazaEjemplo: 2Fe(s) + 6HCl(ac) ------> 2FeCl3(ac) + 3H2(g)Zn(s) + H2SO4(ac) ----->ZnSO4(ac) + H2(g)F2>Cl2>Br2>I2Cl2(g) + 2BaBr(ac) ---------->2NaCl(ac) + Br2(l)

Reaccin de doble desplazamiento o mettesisEs una reaccin entre dos compuestos que generalmente estn cada uno en solucin acuosa. Consiste en que dos elementos que se encuentran en compuestos diferentes intercambian posiciones, formando dos nuevos compuestos. Estas reacciones no presentan cambios en el nmero de oxidacin o carga relativa de los elementos, por lo cual tambin se le denomina reacciones no-REDOX.Esquema general: AB + CD ---------> CB + ADReaccin con precipitacin: AgNO3 + NaCl --------AgCl(s) + NaNO3(ac)Neutralizacin : HCl(ac) + NaOH(ac) ---------> NaCl (ac) + H2O(l) + calorFormacin de gas: 2HCl(ac) + ZnS(s) ------->ZnCl2(ac) + H2S(g)

Segn la energa calorfica involucradaTodo cambio (fenmeno) qumico o fsico que sufre la materia implica un cambio energtico. En ciertas reacones qumicas, la energa es liberada en forma de calor hacia los alrededores; este tipo de reacciones se denominan exotrmicas. El calor liberado tiene multiples aplicaciones, tales como: el calor liberado por la reaccion entre el gas propano y el oxgeno del aire que sirve para cover los alimentos. El calor liberado en el motor de un vehculo (que se forman como producto de la reaccin entre los hidrocarburos combustibles y el oxgeno del aire).Por otro lado, estn las reacciones qumicas que absorben calor de los alrededores o articualmente se debe suministrar calor; stas se denominan reacciones endotrmicas ( CaCO3(s) + calor ------> CaO(s) + CO2(g), descomposicin trmica del carbonato de calcio a 25C y 1 atm).

Segn el sentido de la reaccinR. Irreversibles:Ocurren en un solo sentido hasta que la reaccin sea completa; es decir, hasta que se haya agotado uno o todos los reactantes. Generalmente ocurren cuando se forman precipitados, se liberan gases en recipientes abiertos o se forman productos muy estables que no reaccionan para formar las sustancias iniciales o reactantes.CaCO3(s) -------> CaO(s) + CO2(g)Est es una reaccin de descomposicin trmica irreversible que se lleva acabo en un sistema abierto de manera tal que el CO2 es liberado conforme se va formando de manera tal que no tiene oportunidad de reaccionar con el CaO.R. Reversible: Es aquella que ocurre en ambos sentidos. Generalmente en sistemas cerrados entonces los productos que se forman interactan entre si para reaccionar en sentido inverso y regenerar a los productos. Luego de cierto tiempo, la velocidad de la reaccin directa e inversa se iguala, establecindose el equilibrio qumico.CaCO3(s) < -------> CaO(s) + CO2(g)

Segn la velocidad de ReaccinR. lenta: Es aquella donde la cantidad de producto formado o la cantidad de reactante consumido por unidad de tiempo es muy pequea.

Fe(s) + O2(g) ------> Fe2O3(g) oxidacin del hierro expuesta al medio ambiente.Ca(s)+ 2H2O(l) -----> Ca(OH)2(ac) + H2(g) Calcio en agua fraR. rpida: cuando la cantidad de producto formado o la cantidad de reactante consumido por unidad de tiempo es grande.4Na(s) + O2(g) ------> 2Na2O(s) Sodio metlico expuesto al aire.HCl(ac) + NaOH(ac) ------> NaCl (ac) + H2O(l) Reaccion de neutralizacin

Segn el tipo de sustancias reaccionantes o naturaleza de reactantesR. Inicas: Generalmente ocurren en disolucin acuosa; consiste en la interaccin elctrica de especies inicas solvatadas o dispersas en el disolvente (comnmente agua). Estas reacciones son rpidas. La mayora de las reacciones que se llevan acabo en el laboratorio son de este tipo.Ejemplo: Ag+(ac) + Cl-(ac) -------> AgCl(s)H+ (ac) + OH- (ac) -------> H2O (l)R. Moleculares(covalentes). Son aquellos que involucran a las interacciones de molculas (de sustancias covalentes). Estas reacciones son generalmente lentas en comparacin con las reacciones inicas, porque las molculas para poder reaccionar necesitan colisionar con orientaciones y energas cinticas apropiadas. Si estas condiciones no se cumplen simultneamente, no ocurre la reaccin.Ejemplo: Br2(g) + H2(g) -------> 2HBr(g)

Reacciones de Reduccin y Oxidacin (REDOX)Las reacciones qumicas de oxidacin reduccin, conocidas tambin como reacciones redox, son aquellas en las que se transfieren electrones y este intercambio de electrones modifica los nmeros de oxidacin de los elementos participantes; es decir, unos ganan electrones (reduccin) y otros los pierden (oxidacin).La gran mayora de reacciones que son de inters, en qumica son reacciones REDOX, como ejemplo tenemos:Combustin de hidrocarburosLa accin de agentes blanqueadores de uso domesticoObtencin de metales a partir de sus mineralesEl proceso de respiracinProceso de digestinReacciones en pilas secas y bateras

Conceptos Claves

Oxidacin: Es el fenmeno mediante el cual una especie qumica pierde electrones, por lo tanto el nmero de oxidacin (N.O) aumenta algebraicamente porque pierde cargas negativas.El nmero de electrones perdidos se halla as:#e- = (mayor carga total) (menor carga total)1. Fe0 3e- -------> Fe +3 Fe0 -------> Fe +3 + 3e- de donde: #e= (+3) (0)=3

2. Cl20 10e- -------> 2Cl +5 Cl20 -------> 2Cl +5 + 10e- de donde: #e= 2(+5) 2(0)=10Una molcula de Cl20 se oxida y pierde 10e-3. 2O-2 -4e- -----> O20 2O-2 -----> O20 + 4e- de donde: #e= 2(0) 2(-4)=4Se observa que 2 tomos de oxgeno con carga -2 se oxida y pierde -4e-4. 4P-3 -12e- ----->P4 4P-3 ----->P4 + 12e-Cuatro iones P-3 pierde 12e- para formar una molcula tetratmia (P4)

Reduccin: Es el fenmeno mediante el cual una especie qumica gana electrones, por lo tanto su nmero de oxidacin (N.O) disminuye algebraicamente porque gana cargas negativas.El nmero de electrones ganados se halla as:#e- = (mayor carga total) (menor carga total)1. Mn+7 +5e- -----> Mn+2#e= (+7) - (+2) =52. P4 + 12e- -------> 4P3#e= 4(0) - 4 (-3) =12La molcula P4 se reduce y gana 12e-3. I2 + 2e- -------> 2I-1#e= 2(0) - 2(-1) =2Una molcula de I2 gana 2e- y se reduce.

Se reduce (gana 2e)Se oxida (pierde 2e)AgenteReductorAgenteOxidanteAgenteReductorFormaOxidadaFormaReducidaA. Oxidante, Es la sustancia qumica que al reducirse provoca la oxidacin de otro.A. Reductor, Es la sustancia qumica que al oxidarse provoca o causa la reduccin de otro.El fenmeno de reduccin y oxidacin es simultneo, es decir la oxidacin y reduccin no se presenta en forma aislada.Nmero de e- ganados =Nmero de e- perdidosLa igualdad justifica la ley de conservacin de carga elctrica

Reglas Prcticas H ---------> generalmente +1 ; O ------->generalmente -2Metales alcalinos (IA) --> +1 ; alcalinos trreos (IIA) --> +2No metales (VIA) ------>(S , Se, Te) -2 ; halgenos (VIIA) ----> (F,Cl,Br, I) -1. Cuando estn unidos o combinados con metales (o el H) formando compuestos binarios.En una unidad frmula: Sumatoria de los N.O = 0En un in poliatmico: Sumatorio de N.O = carga neta del in

Tipos de reacciones REDOXReaccin redox intermolecular: Son las ms comunes, se caracterizan porque el elemento que se oxida y el elemento que se reduce se encuentran en sustancias qumicamente diferentes, por lo tanto el agente oxidante y el agente reductor son sustancias tambin diferentes.

Fe203 + CO -----> Fe + CO2

Reaccin redox intramolecular: En este caso, el elemento que se oxida y el elemento que reduce se encuentran en el mismo compuesto, por lo tanto, el agente oxidante y el agente reductor es la misma sustancia.

K Cl O3----->K Cl + O23. Reaccin redox de dismutacin o desproporcin: Llamada tambin de autoreduccin-oxidacin, es aquella donde un mismo elemento se oxida y se reduce, por lo tanto una misma sustancia qumica es oxidante y reductor.+3+20+4+1+5-2+1-10P2 H4 ------> PH3 + P4H2-2 +1-3 +1 - +1

Balance de Ecuaciones QumicasMtodo de tanteo o simple inspeccin: Se recomienda para balancear ecuaciones sencillas, generalmente para ecuaciones con 4 sustancias qumicas.Proceso: Se observa que elementos no estn igualados en su nmero de tomos en ambos lados de la ecuacin qumica y se procede a balancearlos colocando delante de las frmulas o smbolos de las sustancias el coeficiente ms conveniente; si no resulta el balance, deber intentarse con otros coeficientes hasta que se logre la igualdad de los tomos de todos los elementos.Para balancear de manera eficaz por tanteo, es recomendable seguir el orden general de balanceo de los elementos:1ero metal2do no metal3ero H4to O

Balancear la siguiente ecuacin: H3PO4 + Ca(OH)2 ----> Ca3(PO4)2 + H2OSolucin:Balancear el calcio: H3PO4 + 3Ca(OH)2 ----> Ca3(PO4)2 + H2OBalancear el fsforo: 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 ----> Ca3(PO4)2 + H2OBalancear el hidrgeno: 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 ----> Ca3(PO4)2 + 6H2OAnalizar finalmente el oxgeno, en el primer miembro hay 14 tomos de oxgeno (2x4 + 3x2) y en el segundo miembro hay 14 tomos de oxgeno (4x2 + 6x1), lo que significa que la ecuacin est balanceada.Balancear por tanteo o simple inspeccin: C2H2 + O2 -----> CO2 + H2OSolucinBalancear C: C2H2 + O2 ----->2CO2 + H2OVemos que el H est balanceado.Balanceamos el O, en el segundo miembro hay 5 tomos, entonces colocamos 5/2 delante del O2 (equivale a 5/2 x 2 = 5 tomos).C2H2 + (5/2) O2 ----->2CO2 + H2OLa ecuacin qumica est balanceada, pero, por convencin, en problemas de balance, los coeficientes deben ser nmeros mnimos enteros, entonces multiplicamos por 2 a todos los trminos de la ecuacin.

2(C2H2 + (5/2) O2 ----->2CO2 + H2O)

2C2H2 + 5O2 -----> 4CO2 + 2H2O

Para balancear estas ecuaciones usamos mtodos sistemticos tales como:Mtodo del nmero de OxidacinMtodo del ion-electrnMtodo redox

Mtodo del nmero de OxidacinDeterminar el estado de oxidacin de todos los elementos en ambos lados de la ecuacin. A partir de esto se determinar que elementos han cambiado en su estado oxidacinAislar solo a los elementos que han sufrido cambios en su E.O y se escriben en forma separada las 2 semi-reacciones, respetando el subindice de los elementos (especialmente de los reactantes),proceder a balancear cada de una de ellas primero en masa (igualdad en el nmero de tomos) y luego en carga (igualdad en el nmero de electrones ganados o perdidos)Balancear las semireacciones, que consiste en igualar el nmero de electrones ganados y perdidos, para lo cual se multiplica las semi-reacciones por ciertos nmeros mnimos enteros apropiados.Sumar miembro a miembro las semi-reacciones, cancelando el nmero de electrones, obtenindose as la ecuacin inica neta; los coeficientes as obtenidos se reemplazan en la ecuacin original.Se termina balanceando por tanteo, siguiendo el orden establecido en dicho mtodo; es te paso es necesario ya que los elementos que no sufren cambios en sus nmero de oxidacin normalmente no estn balanceados.

Mtodo del ion-electrnSe aplica a reacciones redox que ocurren en en soluciones acuosas de carcter cido, con presencia de cidos fuertes (H2SO4, HCl, HNO3, etc) o de carcter bsico, con presencia de bases fuertes (NaOH, KOH, Ca(OH)2, etc); la solucin tambin puede ser neutra.Para balancear segn este mtodo, solo se debe considerar las especies inicas o moleculares que sufren fenmeno redox, por lo tanto no se consideran a los iones espectadores (iones que no sufren cambio) para ello se debe tener en cuenta que ciertas sustancias que no se ionizan en H20 se deben representar mediante su frmula molecular o unidad frmula.Mtodo del nmero de oxidacinMtodo de semireacciones

Mtodo del nmero de oxidacin

Mtodo de de semireaccionesEs recomendable cuando se presentan especies complejas donde es difcil hallar el nmero de oxidacin de los elementos involucrados.1. Se escriben en forma separada las dos semireacciones (de oxidacion y de reduccin) las cuales estn formadas de parejas de compuestos en comn, respetando la forma inica o molecular de cada formula.2. Balancee cada semireaccin separadamente, tanto en masa como en carga; para el balance de masa se debe tener en cuenta el medio cido o bsico:Balance de medio cido (H+)a. En el lado donde falta O se aade una molcula de H2O por cada tomo de O deficitario.b. En el lado donde falta H se aade iones H+ en cantidad igual al nmero de H deficitarios.Balance de medio bsico o alcalino (OH-)a. En el lado donde falta O se aade 2 OH y el otro lado una molcula de H2O, por cada tomo de O deficitario.b. En el lado donde falta H se aade una molcula de H2O y en el otro lado un ion OH, por cada tomo de H deficitario o requerido.

3. El balance de cargas se efecta sumando electrones (cargas negativas) en el lado donde hay mayor carga relativa, para igualar cargas en ambos lados; previamente se evala las cargas totales en ambos lados de cada semireaccin.4. Se igualan el nmero de electrones ganados y perdidos, para ello se debe multiplicar por nmeros apropiados a cada semireaccin.5. Se suman miembro a miembro las semireacciones.6. Sustraiga las especies qumicas idnticas y se tendr la ecuacin inica balanceada.