Reacciones de Sustitución Simple y Doble PDF

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Práctica de reacciones de sustitución ...

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Instituto Tecnológico de Tijuana  Química Inorgánica  Reacciones de Sustitución Simple y Doble   Dra. Celia Z. Flores López       1

Índice 3

Introducción Conceptos básicos

4 

Características de las reacciones 

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Reacción de sustitución simple 

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Reacción de sustitución simple

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Reacción de sustitución doble

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Reacción de sustitución doble

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Proceso industrial de reacciones de sustitución simple

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2da reacción de sustitución simple 11 3ra reacción de sustitución simple

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Proceso industrial de sustitución doble 

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2da reacción de sustitución doble

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3ra reacción de sustitución doble/ Control de Contaminación

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Control de contaminación

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Control de contaminación

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Conclusión

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Bibliografía/Fuentes

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  

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Reacciones Químicas En base a la investigación, en el siguiente trabajo se presentará y se tendrá en cuenta diversos conceptos acerca de las reacciones de sustitución simple y doble, al igual que los comportamientos que tienen dichos compuestos según las reacciones establecidas. Se abordará principalmente como se comportan los elementos en el compuesto y como reaccionan al formarse el producto y cómo se sustituye en los dos tipos de reacciones. También se especificarán cierta cantidad de ejemplos en sus dos tipos de clasificación (sustitución simple y doble). Algunas reacciones se tienen en consideración por tener una gran influencia en la producción industrial, de la misma manera, tener un buen resultado teniendo una buena prevención y control de contaminación.

Se tiene en cuenta que una reacción química es un cambio o fenómeno químico en el cual una sustancia o incluso varias, suelen transformarse cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias a lo que se le llama producto. Lo anterior, dependiendo del uso que se le de o con qué fines se cree la reacción, puede producir consecuencias (ya sean positivas o negativas) y en esta investigación se dará a conocer que cambios ambientales, beneficios y aspectos negativos podrían tener algunas reacciones.

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● Reacción química: Una reacción química se produce cuando las sustancias participantes en ella se transforman en otras distintas. A las primeras se les llama reactivos y a las segundas productos. La masa de las sustancias participantes es la misma antes y después de la reacción, es decir, se conserva. ● Reactivos: Son aquellas sustancias que interactúan entre sí dentro de una reacción química. ● Productos: Son aquellas sustancias que se forman dentro de la reacción química. ● Proceso industrial: Procesos químicos que se usan para la producción a escala industrial, con frecuencia diferentes de los que se usan para pequeñas producciones a escala de laboratorios.

A → B  → C → D La materia prima “A” sufre una transformación química y se convierte en “B” , que a su vez sufre otra transformación para dar lugar a “C” y así sucesivamente. Las operaciones unitarias son etapas físicas de procesos de separación industriales o no. Existen procesos físicos que dan lugar a nivel extramolecular y químicos a nivel intramolecular: Procesos químicos: Reacciones químicas como la oxidación, reducción, reacciones con ácidos y con álcalis (en toda su extensión y amplitud). ● Ecuación química: Es una forma esquemática y sencilla de expresar, mediante símbolos y fórmulas, los cambios ocurridos en el transcurso de una reacción.

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Características de las reacciones Las sustancias nuevas que se forman suelen presentar un aspecto totalmente diferente del que tenían las sustancias de partida. · Durante la reacción se desprende o se absorbe energía: 

● Reacción exotérmica: Son las reacciones que liberan calor, siendo por tanto la energía final (entalpía) de los productos, menor que la energía inicial de los reactivos. De ellos se concluye que la variación energética será negativa. Se desprende energía en el curso de la reacción. Ejemplo:

● Reacción endotérmica: se absorbe energía durante el curso de la reacción. · Se cumple la ley  de conservación de la masa: La suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos. Esto es así porque durante la reacción los átomos ni aparecen ni desaparecen, sólo se reordenan en una disposición distinta. (La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma) Ejemplo:

La importancia de las reacciones químicas es notoria en muchos aspectos de la vida diaria en fenómenos tales como explosiones; procesos vitales tales como alimentación, respiración  etc. Todas las sustancias que utilizamos diariamente son o fueron producto de reacciones químicas. Estamos rodeados por reacciones químicas; tienen lugar en laboratorios, fábricas, automóviles, centrales térmicas, cocinas, a  tmósfera, interior de la Tierra... Incluso en el cuerpo humano ocurren miles de reacciones químicas a cada instante, que determinan lo que hacemos y pensamos.

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En las reacciones de sustitución simple, un elemento reacciona reemplazando a otro en un compuesto. Las reacciones de sustitución simple también se llaman reacciones de reemplazo, de sustitución o de desplazamiento. Los materiales iniciales siempre son elementos puros más un compuesto. Cuando ocurre una reacción de sustitución, se generan como productos un nuevo compuesto puro y un elemento puro diferente. La forma general de una reacción de sustitución simple se muestra a continuación.

Características En general, los elementos que forman aniones pueden sustituir el anión en el compuesto y los elementos que forman cationes pueden sustituir el catión del compuesto. · Los metales por lo general, forman cationes. Esto incluye los grupos IA y IIA, algunos elementos de los grupos IIIA y IVA, y los metales de transición. · Los no metales comunes que participan en reacciones de sustitución simple son los que pertenecen al grupo VIIA, los cuales generalmente forman aniones. +  · El hidrógeno normalmente forma el catión H en una reacción de sustitución simple. · La reacción de sustitución simple cuenta con tres partículas separadas: A, B y Z. · A es un metal o un no metal libre. · Depende de la serie de electromotrices o de actividad. La Serie de Actividad de Metales nos ayuda a predecir los productos cuando se trata de una reacción de sustitución sencilla. La tabla se utiliza de tal manera que el primer elemento es el más reactivo, desplazando al elemento que tiene por debajo. Por ejemplo, Litio (Li) desplazaría a cualquier elemento que esté por debajo de él. Lo mismo ocurre para el grupo de los halógenos. Aunque el hidrógeno no es un metal, está incluido en esta serie:

a)

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au b) F2, Cl  2, Br  2, I 2

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Tipos generales de reacciones: 1.- Un metal (A) sustituye a un ion metálico en su sal o ácido. B, puede ser un ion metálico o un ion hidrógeno. A + BZ → AZ + B

2.- Un no metal (X) sustituye a un ion no metálico en su sal o ácido. B puede ser un ion metálico o un ion de hidrógeno.

X + BZ → BX + Z

Ejemplos: 1.- Zinc metálico y sulfato de cobre(II) acuoso. Zn(s) + CuSO4(ac) → ZnSO4(ac) + Cu(s) El zinc está más arriba que el cobre en la serie electromotriz, de manera que el zinc desplaza los iones cobre(II) de su sal. 2.- Magnesio metálico y ácido clorhídrico acuoso. Mg(s) + 2 HCl(ac) → MgCl2(ac) + H2(g) El magnesio está arriba del hidrógeno en la serie electromotriz, el magnesio desplaza al hidrógeno en un ácido.

3.- El cloro gaseoso y bromuro de sodio acuoso. Cl2(g) + 2 NaBr(ac) → 2 NaCl(ac) + Br2(ac) El cloro está más arriba que el bromo en la serie de los halógenos, de manera que el cloro desplaza al bromuro de su sal.

4.- Metal potasio sólido y agua. 2 K(s) + H2O → KOH(ac) + H2(g) El potasio se encuentra más arriba que el hidrógeno en la serie electromotriz y puede sustituir a un átomo de hidrógeno del agua para formar el hidróxido metálico y gas. 7

Las reacciones de desplazamiento doble suceden cuando las partes de dos compuestos iónicos se intercambian, produciendo dos compuestos nuevos. Las reacciones de sustitución también se llaman metátesis (que significa “un cambio en el estado, en la sustancia o forma”), reacción de doble descomposición o tambien reacción de desplazamiento. El patrón general de las reacciones de desplazamiento doble se ve así:

Características · Estas reacciones químicas no presentan cambios en el número de oxidación o carga relativa de los elementos, por lo cual también se le denominan reacciones NO – REDOX.

· S  e producen sustancias parcialmente solubles o insolubles, los cuales van al fondo del recipiente donde se realiza la reacción química. · Los precipitados por lo general presentan colores típicos, razón por la cual son usados en química analítica para reconocimiento de elementos y compuestos. Ejemplos: 1.- Una sal y un ácido forman un precipitado: AgNO 3 (ac) + HCl (ac) → HNO 3 (ac) + AgCl (s) El cloruro de plata precipitado a partir de disoluciones de nitrato de plata y ácido clorhídrico. 2.- Una sal y una base reaccionan para formar una nueva sal y una nueva base, una de las cuales es insoluble y precipitado. Ni(NO 3 ) 2 (ac) + 2 NaOH (ac) → Ni(OH) 2 (s) + 2 NaNO 3 (ac) El hidróxido de níquel (II) es insoluble en agua y el nitrato de sodio es soluble.

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3.- Dos sales reaccionan para formar dos nuevas sales , una es soluble y la otra es precipitado. 2 NaCl(ac) + Pb(NO 3 ) 2 (ac) → PbCl 2 (s) + 2 NaNO 3 (ac) El cloruro de plomo(II) es insoluble en agua fría y el nitrato de sodio es soluble.

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En el proceso industrial de estas reacciones hay que tomar en cuenta que al momento de tener los dos reactivos (un elemento simple y un compuesto) el resultado será técnicamente lo mismo solo que se contará con un nuevo compuesto y un elemento simple del compuesto anterior, esto de cierta manera puede favorecer a las industria de diversas maneras aprovechando tanto la separación del compuesto primario como la obtención de un nuevo compuesto y en algunos casos aprovechando solo la reacción de estos mismos. 1ra. Reacción: Yoduro de sodio +  Bromo

Bromuro de sodio + Yodo

NaBr Se utiliza: · ·

El bromuro de sodio se utiliza para la clarificación del agua. Se emplea en la preparación de emulsiones fotográficas y más en su procesamiento. 

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2da Reacción: Aluminio + Ácido Clorhídrico

Cloruro Alumínico + Hidrógeno

AlCl3 Se utiliza: · · · ·

El cloruro de aluminio actúa como desodorante al combinarse con electrolitos en la piel para crear un tapón de gel en las glándulas sudoríparas. También   es un ingrediente de los astringentes cosméticos. Es utiliza para obtener isobutano (derivado del petróleo) y en procesos para la refinación del petróleo crudo. Sus vastas aplicaciones incluyen la producción de pintura, caucho sintético, lubricantes, conservantes de madera y algunos productos químicos orgánicos. 

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3ra. Reacción:

CuS  O4+Fe

FeSO  4+Cu

Sulfato de cobre+hierro

sulfato de hierro+cobre

FeSO4 Se utiliza: Como aditivo al cemento, el sulfato de hierro (II) puede reducir sustancialmente

· 

el contenido de cromatos hidrosolubles. · 

El sulfato de hierro (II) puede usarse para combatir la clorosis, una enfermedad

de las vides. También se utiliza para tratar el suelo alcalino y para destruir el musgo. · 

El sulfato de hierro (III) se utiliza para preparar alúminas y pigmentos de óxido de

hierro, y como coagulante para el tratamiento de efluentes líquidos.

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1era Reacción:

HC  l + NaOH →  N  aCl +  H2O NaCl Se utiliza: ● Alimentación Por lo general, la sal común es utilizada de manera frecuente en los alimentos. Puede servir como un condimento de comida, también como un conservante natural de diferentes alimentos como la carne, e incluso creando una salmuera para marinar ciertos alimentos. ● Limpieza Por otra parte, tienen una gran variedad de usos en el hogar, como lo pueden ser la limpieza de ollas y sartenes, la prevención del moho, como quitamanchas y para evitar el hielo en invierno. De hecho, algunos productos a base de hidróxido de sodio, carbonato de sodio, bicarbonato de sodio y el ácido clorhídrico se fabrican a partir de este compuesto. ● Industria Tiene aplicaciones en diferentes industrias como las refinerías de petróleo, industria textil, industria del caucho, u otras relacionadas.

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2da Reacción:

AgN  O3 + NaCl → AgCl + N  aNO3 AgCl Se utiliza: El cloruro de plata tiene propiedades desinfectantes/antisépticas y se utiliza en productos antimicrobianos, productos para la cicatrización de heridas, desodorantes personales, tratamiento de aguas y antídotos para la intoxicación por mercurio. Papel fotográfico: el cloruro de plata se reduce por fotones para formar una imagen latente (sin embargo, normalmente se utiliza bromuro de plata para los papeles fotográficos). ● Lentes fotocromaticos: el cloruro de plata se utiliza en los lentes fotocromáticos (lentes que cambian de color cuando son golpeados por la luz solar). El cloruro de plata se utiliza como cátodo en las baterías activadas por agua de mar (células Mg/AgCl). El electrodo de plata es un electrodo de referencia común en electroquímica. Fabricación de vitrales: el cloruro de plata crea tonos amarillos, ámbar y marrones

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3ra Reacción:

 2SO4+ M  gS K2S+  MgSO4 → K K2SO4 Se utiliza: El sulfato de potasio es una excelente fuente de nutrición de potasio para las plantas. La porción potasio del K2SO4 no es diferente de otros fertilizantes de potasa  comunes.

Control de contaminación

Sulfato de Cobre: Usos: ➔ Control de algas en piscinas y estanques ➔ Tratamiento de potabilización de agua ➔ Preservación de postes de madera ➔ Producción de colorantes y pigmentos Peligros: ● Nocivo en caso de ingestión (Toxicidad aguda por ingestión) ● Provoca irritación cutánea y ocular grave (Toxicidad aguda vía cutánea) ● Es muy tóxico para los organismos acuáticos, con efectos nocivos duraderos.

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● Evitar su liberación al medio ambiente. ● Se puede acumular en plantas y animales, causando que muy pocas plantas vivan. ● Puede influir seriamente en el proceso de ciertas tierras agrícolas. ● Cuando contaminan los suelos de las granjas, los animales los absorben y les causa un envenenamiento, los que más sufren de esto son las ovejas.

Precauciones: 1. Lávese cuidadosamente las manos después de su manipulación 2. No comer, beber ni fumar mientras se manipula el producto 3. Usar equipos de protección para los ojos/cara

Sulfato ferroso: Usos: ➔ Tratamiento de aguas ➔ Elaboración de compuestos de hierro ➔ Fertilizante ➔ Aditivo alimentario Peligros: ● El contacto puede irritar la piel y los ojos. ● La inhalación puede irritar la nariz, la garganta y el pulmón, causando tos, respiración con silbido o falta de aire. ● El contacto prolongado con los ojos los pone de un tono marrón y puede llevar a daño ocular.

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● La exposición alta repetida puede llevar a la acumulación de hierro en el organismo, con náusea, vómito, dolor estomacal, estreñimiento y heces negras. ● Puede afectar al hígado. ● En exceso puede ser nocivo para la vida acuática. Precauciones: 1. Aislamiento de sustancias extremadamente irritantes o corrosivas en procesos químicos. 2. Ventilación donde se encuentre la sustancia. 3. Monitorear las concentraciones de la sustancia en el aire. 4. Utilice equipo especial.

Arsenito Férrico: Peligros: El hierro (III)-O-arsenito, pentahidratado puede ser peligroso para el medio ambiente; se debe prestar especial atención a las plantas, el aire y el agua. Se recomienda encarecidamente que no se permita que el producto entre en el medio ambiente porque persiste en éste. ● Puede provocar conjuntivitis, coriorretinitis, y retinitis si contacta con los tejidos y permanece en ellos. ● La inhalación crónica de concentraciones excesivas de vapores o polvos de óxido de hierro puede resultar en el desarrollo de una neumoconiosis benigna, llamada siderosis, que es observable como un cambio en los rayos X.

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Conclusión Concluyendo el tema de reacciones de sustitución o desplazamiento, se sabe que de esta surgen dos tipos, la sustitución simple y la doble, de igual modo se habló sobre su comportamiento de desplazamiento y estructura en cada una de ellas

→AC+B para las simples y AB+CD→AD+CB para la doble.Se realizaron

AB+C

ejemplos de estas reacciones para entender su comportamiento de sustitución en los reactivos y así entender cómo es que se obtiene un producto. También es importante mencionar que en las reacciones de sustitución simple se utiliza la serie electromotriz o activa, que nos sirve para saber qué sustancia se desplazará primero dependiendo su orden ascendente en base a su reactividad, ya sea metal y halógeno. Se agregaron distintos tipos de reacciones que son utilizados en procesos industriales para aplicaciones médicas, el cuidado del agua, la agricultura, alimentos, petrolero, textil, etc. Por lo contrario también se habló de el efecto contaminante que tienen algunas reacciones y su mal uso en las industrias, sus causas y el control que se tiene de ellas. La gran mayoría de las reacciones tienen efectos en el medio ambiente, afectando a plantas, animales, personas, etc. Siempre se debe de tener en mente qué hay que hacer un buen uso de ellas, con su respectivo cuidado y protección al momento de utilizar, para eso todas las empresas e industrias cuentan con hojas de seguridad para cada compuesto o reacción que se utilice en el área de trabajo, así como capacitación a los trabajadores para saber cómo utilizarlas y qué hacer en caso de algún accidente o emergencia mientras se trabaje con aquella reacción. Es muy importante que cada empresa cuente con un área especial para la manipulación de éstas y si se hace uso en casa, tener los conocimientos básicos de qué se debe hacer o evitar cuando se está trabajando con ella.

Fuentes https://es.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/typesof-chemical-reactions/a/single-replacement-reactions 18

http://isusa.com.uy/files/2015-09/69592fd51aebcc693143f2e6dd62d2e3.pdf https://www.ecured.cu/Ecuaci%C3%B3n_qu%C3%ADmica https://www.lenntech.es/periodica/elementos/cu.htm?fbclid=IwAR3ZaHdEPSVXXue wnDUu52PbFCnqr2gPHWSL4j932J3eOPn92VEmXMpBIN0#ixzz5jNrA5JVU https://www.lenntech.es/periodica/elementos/fe.htm?fbclid=IwAR3t4XR_0ORLE8Qk CnX3rvN5p1-ealbPoZGT34gbgLIinPJ6wqe9Z8YjIow#ixzz5jNluWqje https://es.khanacademy.org/science/chemistry/chemical-reactions-stoichiome/typesof-chemical-reactions/a/double-replacement-reactions?fbclid=IwAR186cZf6LJFjS-ls wPOszc67ZXyGi4kSXv2PZwqwj02lizhqMtOpObYm38 https://unidad4reaccionesquimicasitma2.blogspot.com/2013/06/reaccion-de-doble-su stitucion-o-doble.html?fbclid=IwAR3yi1Y5056vlPLFKCiJcz5logMdKoaCzpC8hbBKcO mjj-Y_8EJKoRYP9NU http://www.aris.com.pe/quimicos/wp-content/uploads/2014/04/HS-Sulfato-Ferroso.pd f.pdf https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/0931sp.pdf http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/FISQ/Fich eros/1201a1300/nspn1241.pdf

Bibliografía  Química G. William Daub, William S. Seese págs.265-269,228-229 Física y Química 4 ESO Dulce María ...