domingo, 13 de enero de 2013

Reacciones químicas

1. Reacción química. Estequiometría
La reacción química es un proceso en el que un conjunto de sustancias llamadas reactivos se transforma en un nuevo conjunto de sustancias denominadas productos.
La ecuación química es una notación simbólica o abreviada que representa a la reacción química: R  P
Se debe cumplir que todos los átomos que constituyen los reactivos están presentes y en la misma proporción en los productos: las reacciones deben esta
r ajustadas.
Coeficientes estequiométricos: Coeficientes necesarios para ajustar una ecuación química.

Para ajustar ecuaciones:
1. Ajustar en primer lugar los elementos que aparecen solamente en un compuesto en cada lado.
2. Ajustar en último lugar los elementos libres.
3. En algunas reacciones hay grupos de átomos que no se modifican. En estos casos, ajuste los grupos como si se tratase de una unidad.
4. Se pueden utilizar coeficientes fraccionarios, que se eliminan al final multiplicando.

En algunos casos hay que indicar la forma física de reactivos y productos. Esta información suele aportarse entre paréntesis y los símbolos que se suelen emplear son: g(gas), l(líquido), s(sólido) y aq(disolución acuosa)
En otras ocasiones se indican las condiciones de reacción encima o debajo de la flecha de la ecuación. P. ej., la letra griega Δ indica calentamiento de la mezcla de la reacción.

La estequiometría incluye todas las relaciones cuantitativas en las que intervienen:
Las masas moleculares y atómicas.
Las fórmulas químicas.
Una relación de moles, obtenida partir de la ecuación química.
Hay que incluir factores de conversión adicionales teniendo en cuenta el volumen, la densidad y la composición porcentual, concentración, etc.

Determinación del reactivo limitante
Proporciones estequiométricas: Cuando todos los reactivos se consumen de manera completa y simultánea.
Reactivo limitante: aquel que se consume completamente.
 El reactivo que se consume completamente determina las cantidades de los productos formados.
La forma más fácil es pensar cuantos moles te hacen falta para que el reactivo se gaste. Si la cantidad que tienes es mayor, entonces el reactivo limitante es el otro.
En muchos casos, la reacción sucede en varias reacciones consecutivas:
4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g)
2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)
3 NO2 (g) + H2O (l) 2 HNO3(aq) + NO (g)
Generalmente, se pueden combinar en una única ecuación neta:
12 NH3 + 21 O2 8 HNO3 + 4 NO + 14 H2O
Las sustancias que se producen en una etapa y se consumen en otra etapa posterior se denominan intermedios de reacción.
 A veces se producen reacciones simultáneas, cuando dos o más sustancias reaccionan independientemente pero a la vez.
Rendimiento de una reacción
El rendimiento teórico es la cantidad de producto que se obtendrá si reacciona todo el reactivo limitante.
El rendimiento real es la cantidad real de producto obtenida.
El % de rendimiento (o rendimiento porcentual) se define: % de rendimiento = ·100
Cuando % de rendimiento es 100%, se dice que la reacción es cuantitativa.
El % de rendimiento suele ser menor del 100% debido a reacciones secundarias, que forman otros subproductos, problemas en la purificación o el aislamiento de los productos, reacciones reversibles, etc.

2. Reacciones en disoluciones acuosas
El agua es el disolvente más común, disuelve a numerosas sustancias.
Los solutos que se disocian en iones se denominan electrolitos.
Pueden ser electrolitos fuertes, cuando la disociación es completa.
MgCl2(s) Mg2+ (aq) + 2 Cl- (aq)
O electrolitos débiles, cuando sólo lo hacen parcialmente.
Los solutos que no se disocian en iones se denominan no electrolitos.
Fuente de electricidad
En general, todos los compuestos iónicos solubles y sólo unos pocos compuestos moleculares son electrolitos fuertes.
La mayoría de los compuestos moleculares son, o no electrolitos o electrolitos débiles.

3. Reacciones ácido-base
Inicialmente, usaremos la teoría ácido-base de Arrhenius (1884) para la definición de ácidos y bases:
Los ácidos proporcionan H+ en disolución acuosa.
o Ácidos fuertes (se ionizan completamente en disolución).
o Ácidos débiles (se ionizan de forma parcial en disolución).
Los ácidos contienen átomos de hidrógeno que pueden ionizarse.

Las bases proporcionan OH– en disolución acuosa.
*Bases fuertes (se disocian por completo o casi, hidróxidos del grupo 1 y algunos del grupo 2).
*Bases débiles (determinadas sustancias producen iones al reaccionar con agua y no simplemente disolviéndose en ella):
(p. ej. NH3 + H2O NH4+ + OH- )

Las bases contienen iones OH combinados con iones metálicos (KOH) o son identificadas mediante ecuaciones químicas.
Na2CO3 (s) + H2O(l)→ HCO3- (aq) + 2 Na+ (aq) + OH- (aq)

6. Reacciones de oxidación-reducción
Oxidación: El estado de oxidación de algún elemento aumenta en la reacción.
Reducción: El estado de oxidación de algún elemento disminuye en la reacción.
La oxidación y la reducción siempre se producen de forma conjunta.
Fe2O3 (s) + 3 CO2(g) 2 Fe(l) + 3 CO2 (g)
Un agente oxidante (un oxidante): Contiene un elemento cuyo estado de oxidación disminuye en la reacción redox.
Un agente reductor (un reductor): Contiene un elemento cuyo estado de oxidación aumenta en la reacción redox.
En las reacciones de desproporción (o dismutación), un mismo compuesto se reduce y se oxida. 2 H2O2 2 H2O+O2

*Ajuste de las reacciones de oxidación-reducción
-Método de la semirreacción (ión-electrón).
1. Determinar los estados de oxidación.
2. Escribir las ecuaciones para las semirreacciones.
3. Ajustar todos los átomos excepto los que no sean ni de H ni de O.
4. Ajustar el oxígeno utilizando H2O.
5. Ajustar el hidrógeno utilizando H+ (ajuste en medio ácido).
6. Ajustar la carga utilizando e-.
7. Sumar las semirreacciones para eliminar los electrones.
8. Añadir contraiones si son necesarios.
-Para ajustar en medio básico:
1. Tratar la ecuación como si fuese en medio ácido.
2. Se añaden a cada lado de la ecuación tantos OH- como H+ haya.
3. Los OH- y H+ se neutralizan formando H2O.
4. Eliminar el H2O en exceso.

5. Reacciones de precipitación
Los iones solubles se pueden combinar para formar un compuesto insoluble, que precipita.
Ag+ (aq) + Cl- (aq) AgCl(s)
Cuando dos compuestos iónicos forman un precipitado sólido, se produce un intercambio de iones.
Ej. KBr (aq) + AgNO3 (aq)
Se forman compuestos de coordinación: un anión o catión poliatómico compuesto por un ion metálico central y ligandos.
AgCl(s) + 2 NH3(aq) [Ag(NH3)2]+ (aq) + Cl- (aq)

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