Apuntes del 1er parcial PDF

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Apuntes para el parcial de reacciones quimicas...

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REACCIONES QUIMICAS En nuestro acontecer diario, si miramos a nuestro alrededor y observamos cuidadosamente, sin duda nos percataremos de las innumerables reacciones químicas que tienen lugar. Por ejemplo; si se dejan desperdicios de alimentos a la intemperie, al cabo de unas horas se percibe un olor desagradable, que nos indica que esta ocurriendo una reacción de fermentación. Las plantas producen su alimento por medio de la fotosíntesis. En la reacción se absorbe energía radiante a medida que el CO2 y el H2O se combinan para formar glucosa y oxigeno. Durante esta reacción, ocurren transferencias de e-. En nuestros organismos los alimentos se transforman químicamente para ser utilizados en nuestro beneficio Una reacción química es un proceso en el cual una o mas sustancias al interaccionar forman otras, como consecuencias de la ruptura de algunos enlaces y la formación de otros nuevos. Tal es el ejemplo del dióxido de azufre, que se forma por la unión química del S con el O. Esta reacción puede representarse mediante una ecuación química, representando las sustancias participantes por medio de símbolos y formulas químicas: S+O2 SO2 o bien mediante un modelo matemático, utilizando literales para representar las sustancias participantes en una reacción química: A+B AB Una ecuación química consta de 2 partes fundamentales: 1er miembro donde se encuentran las sustancias iniciales que intervienen en a reacción llamadas reactivos o reactantes y el 2do miembro donde están las sustancias que se obtienen al final de la reacción denominados productos, estas se encuentran separados por una flecha que indica el sentido en se lleva a cabo la reacción; así el 1er miembro se encuentra ubicado a la izquierda de la flecha y el 2do miembro se encuentra ubicado a la derecha de la flecha

Símbolos auxiliares Los símbolos auxiliares se utilizan para que una ecuación química represente lo más exactamente posible una reacción, el sentido y la condiciones en se realiza. Entre los símbolos más visuales tenemos: a) Flechas: una nos indica el sentido de la reacción, cuando e emplean 2 flechas con sentidos opuestos para separar los reactivos de los productos indica que la reacción es reversible: 3H2+N2 2NH3 b) Signo algebraico (+): se emplea entre las formulas de los reactivos que intervienen, significando combinación y entre las formulas de los productos, para indicar la separación del numero de sustancias que se forman en el caso que se obtengan 2 o mas; NaCl(ac)+ AgNO3(ac) AgCl + NaNO3(ac) c)

Arriba o debajo de la flecha: indica que la reacción necesita calor para que se efectué 2HgO(s) 2Hg(s)+O2(g)

d) Letras; s, l, g, ac. Para indicar el estado físico de los reactivos y productos se indica con letras entre paréntesis, como subíndice, al lado derecho de las formulas de los compuesto (s) para el estado sólido, (l) liquido, (g) gaseoso y (ac) para los compuestos que se encuentran en solución acuosa: SO3(g)+H2O(l) H2SO4(ac) 1

e)

Cuando el producto de una reacción es un gas que se desprende, se utiliza una flecha señalando hacia arriba ( ) y si es un sólido precipitando, una flecha hacia abajo ( ), ambas se escriben al lado derecho de la fórmula del compuesto: H2SO4(ac)+ Ba(OH)2(ac) BaSO4(ac) + 2H2O(l) 2HCl(ac)+2NS(S) 2NCl2(ac) + H2S(ac)

f)

Coeficientes: Números colocados a la izquierda de los símbolos o formulas para indicar las cantidades de las sustancias; cuando no aparece el coeficiente numérico, se entiende que es la unidad y por lo tanto, no se escribe: H2(g) 2HCl(g)

g) Subíndices: Números pequeños colocados en el extremo derecho inferior de un símbolo, nos indican el numero de átomos de los elementos que forman la reacción: H2(g)+Cl2(g) 2 HCl(g)

Clasificación De Las Reacciones Químicas Las reacciones se clasifican de varias formas, dependiendo de la condición o característica del aspecto que se tenga en cuenta para su estudio o aplicación. 1. De acuerdo con el sentido en que se lleven a cabo se clasifican en: a) Irreversibles: Ocurren en un solo sentido hasta que finalizan. Es común que en este tipo de reacciones se formen; compuestos insolubles que precipiten, gases que escapen o algún compuesto no ionizado, esto ocasiona que los productos formados no puedan, bajo condiciones normales, reaccionar e integrar nuevamente los reactivos originales, ejemplos: Cd(S) + 2HCl(ac) H2 + CdCl2(ac) AgNO3(ac) + NaCl(ac) AgCl + NaNO3(ac) En la primera ecuación, el H2 se libera, y en la segunda, el AgCl es insoluble y se precipita en la solución; por ello es de esperarse que las reacciones se lleven a cabo solo hacia el lado de los productos. b) Reversibles: Ocurren en ambos sentidos, de manera simultánea, y se lleva a cabo debido a que los productos formados en la reacción, vuelven a reaccionar entre sí originando nuevamente los reactivos iníciales, lo cual significa que la reacción se lleva a cabo en ambos sentidos hasta alcanzar un equilibrio. Este equilibrio se alcanza cuando la reacción se desarrolla a la derecha a la misma velocidad que hacia la izquierda, manteniendo constante la concentración de los reactivos y productos. Se representan utilizando dos flechas con sentidos contrarios. NH3 + H2O NH4OH H2(g)+ I2(g) 2HI(G) 2. De acuerdo con la energía implicada en la reacción se clasifican en: Reacciones exotérmicas y endotérmicas, Las reacciones químicas siempre se ven acompañadas por cambios de energía; esta puede presentarse en forma de calor. Cuando las reacciones liberan calor, son llamadas exotérmicas y cuando lo absorben de su alrededor, endotérmicas. Para las reacciones exotérmicas, el calor liberado se toma como producto de la reacción, para las endotérmicas, como reactivo, ya que es necesario para que se lleve a cabo la reacción. 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) +calor exotérmica N 2(g) + O 2(g) ∆ 2NO(g) endotérmica 3. De acuerdo con los cambios que se generen (formación o ruptura de sus enlaces) en la composición y estructura de las sustancias reactantes, se clasifican en:

2

A) Síntesis: Consiste en la unión de dos o más sustancias sencillas para formar una más compleja. La representación mediante el modelo matemático de este tipo de reacción es la siguiente: A + B  AB ejemplos: 4Na(s) + O2(g) 2Na2O(s) CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(ac) B) Análisis o descomposición: Este tipo de reacción es inversa a la síntesis; una sustancia compleja, mediante energía, se divide en 2 o más sustancias sencillas. El modelo matemático de esta reacción es: AB  A + B ejemplos: 2Ag2O(s) ∆ 4Ag(g) + O2(g) CaCO3(s) ∆ CaO(s) + CO2(g) C) Simple sustitución o desplazamiento: Es aquella reacción en la que un elemento desplaza a otro elemento que está formando un compuesto. Este desplazamiento sucede siempre y cuando el elemento sustituyente tenga mayor electronegatividad que el sustituto. El modelo matemático de esta reacción es: A + B  AC + B ejemplos: Mg(S) + 2HCl(ac) MgCl2(ac) + H2(g) Fe(S) + CuSO4(ac) Cu(S) + FeSO4(ac) D) Doble sustitución o dos descomposiciones: Es aquella reacción donde dos compuestos intercambian elementos o grupos de elementos generándose dos compuestos diferentes. El modelo matemático de esta reacción es: AB + CD  AD + CB En este tipo de reacciones es característica la formación de un sólido precipitando, el desprendimiento de un gas o bien de calor, ejemplos: AgNO3(ac) + NaCl(ac) AgCl + NaNO3(ac) CaCO3(s) + 2HCl(ac) CaCl2(ac) + H2O(l) + CO2

BALANCEO DE ECUACIONES POR EL MÉTODO DE TANTEO EL balanceo por el método de tanteo consiste en hacer diferente ajustes, por prueba y error, a los coeficientes de las formulas químicas de las sustancias que participan en la relación. Este tipo de balanceo busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, para cumplir la Ley de la conservación de la materia. Pasos para balancear por el método de tanteo: 1. Escribir las formulas y símbolos de las sustancias que participan en la reacción 2. Procede a contar y comparar los diferentes tipos de átomos del lado izquierdo y del lado derecho de la ecuación. 3. Hacer diferentes ajustes de coeficientes, por prueba y error hasta que encuentres los números que permitan la igualdad. 4. Primero se igualan todos los elementos diferentes al oxigeno y al hidrogeno, procurando empezar con el elemento que se repita más veces. 4. Después se igualan los hidrógenos, por lo general, al hacer esto se equilibra el agua. 5. Al último se Igualan los oxígenos y así la ecuación quedara balanceada.

Ejemplo: Escribamos la ecuación de la reacción de formación del agua a partir del hidrogeno y el oxigeno. Contemos los átomos del izquierdo y derecho de la ecuación. 3

H2 +O2 Reactivos 2 Átomos De Hidrogeno 2 Átomos De Oxigeno

H2O Productos 2 Átomos De Hidrogeno 1 Átomos De Oxigeno

La ecuación no está balanceada (ajustada). Para balancearla debes respetar la identidad de las sustancias participantes como reactivas y productos por los que no se permiten cambiar subíndices. En el ejemplo que estamos estudiando para agregar un átomo de oxigeno del lado del producto es necesario agregar una molécula de agua H2O: El hecho de agregar una molécula de agua se representa en la ecuación química con el numero 2 llamado coeficiente ante puesto a la formula de agua. H2 + O2 2H2O Contando nuevamente los átomos Reactivos 2 Átomos De Hidrogeno 2 Átomos De Oxigeno

Productos 4 Átomos De Hidrogeno 2 Átomos De Oxigeno

El coeficiente 2 multiplica a los átomos de H 2O deteniéndose del lado derecho 4 átomos de hidrogeno y 2 de oxigeno. Observa que el numero de átomos de oxigeno ya es igual en los reactivos y en los productos, pero el numero de átomos de hidrogeno no. Añadimos una molécula de hidrogeno H2 a los reactivos. La ecuación queda de la siguiente manera. 2H2 + O2 2H2O Contamos y comparamos nuevamente los átomos de reactivos y productos Reactivos 4 Átomos De Hidrogeno 2 Átomos De Oxigeno

Productos 4 Átomos De Hidrogeno 2 Átomos De Oxigeno

Al comparar el número de átomos de cada tipo del lado izquierdo y derecho de la ecuación, resultan iguales por lo que ya tiene la ecuación balanceada, es decir correctamente escrita.

BALANCEO DE ECUACIONES POR EL MÉTODO DE OXIDO-REDUCCIÓN (REDOX) Este método analiza una reacción química tomando en cuenta la transferencia de e - de un átomo a otro. En las reacciones, la sustancia que pierde e- se oxida y la que gana e- se reduce. Por lo tanto, en una reacción, si una sustancia se oxida debe existir otra que se reduzca en la misma reacción, nunca pueden existir los procesos aislados. La sustancia que pierde e-, es decir, la que se oxida, se llama agente reductor ya que al perder e provoca que otra sustancia experimente una reducción. La sustancia que gana e-, es decir, la que se reduce, se llama agente oxidante, porque produce la oxidación de otra sustancia. Como los procesos de oxido-reducción son de intercambio de electrones, las ecuaciones químicas estarán igualadas cuando el número de electrones cedidos por el agente oxidante sea igual al recibido por el agente reductor. El número de electrones intercambiados se calcula fácilmente, 4

teniendo en cuenta la variación de los números de oxidación de los elementos. Pasos para balancear ecuaciones pares el método REDOX HCI + MnO2

MnCI2 + H2O + Cl2

1) Se escriben los números de oxidación de todos los átomos de los elementos que participan en la reacción; H+1Cl-1 + Mn+4O2-2

Mn+2Cl2-1 + H2+1O-2 + Cl20

2) Identifique los elementos que cambian su número de oxidación al efectuarse la reacción. a) Mn+4 cambia a Mn+2 semireacciones Cl20 b) Cl-1 cambia a 3) Escriba las semireacciones y determine cual elemento se oxida y cual se reduce, indicando la cantidad de e- que pierdan o ganen. Para lo cual conviene basarse en la siguiente escala numérica. Oxidación e-

-7 -6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 Reducción e-

a) Mn+4 b) Cl-1

+2e -1 é

Mn+2 se reduce (agente oxidante) CI20 se oxida (agente reductor)

En caso de que el numero de átomos de uno o de los 2 elementos que intervienen sean desiguales en el 1er y 2 do miembro, se balancea por tanteo. a) Mn+4 b) 2Cl-1

+2e -1 é

Mn+2 se reduce (agente oxidante) CI20 se oxida (agente reductor)

Se multiplica el número de átomos de un elemento por la cantidad de e- que perdió o gano, esto se hace con cada una de los 2 elementos que participan. a) Mn+4 b) 2Cl-1

+2e

Mn+2 se reduce (agente oxidante) CI20 se oxida (agente reductor)

-2 é

4) Se multiplica la cantidad de e- perdidos o ganados de una semireacción por los coeficientes y los e- perdidos o ganados de la semireacción contraria, esta operación se realiza con cada una de las 2 semireacciones para igualar la cantidad de e- perdidos o ganados a) Mn+4

+2e

Mn+2

b) 2Cl-1

-2 é

CI20

a) 2Mn+4

+4e

2Mn+2

b) 4Cl-1

-4é

2CI20 5

5) Suma las 2 semireacciones, para obtener una sola a) 2Mn+4 + b) 4Cl-1

+4e

2Mn+2

-4é

2CI20

2Mn + 4Cl-1

2Mn+2 + 2Cl20

6) Los coeficientes encontrados se colocan en las formulas que corresponden en la ecuación original. 4HCI + 2MnO2

2MnCl2 + H2O + 2Cl2

7) Por ultimo si es necesario se balancea la ecuación por el método de tanteo. 4HCl + 2MnO2 1e r 4 2 4 4

Cl M n O H

8HCI + 2MnCI2 8HCI + 2MnCI2

2MnCl2 + H2O + 2Cl2 2d o 8 2 1 2 2MnCI2 + H2O + 2CI2 2MnCI2 + 4H2O + 2CI2

6...