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REACCIONES QUÍMICAS
UNIDAD 14 LIBRO Págs. 288 -311
UNIDAD 15 LIBRO Págs. 320 -325
CONCEPTO DE REACCIÓN QUÍMICA Y SIGNIFICADO
Definición y componentes de una reacción
• Reacción química; proceso por el que una o varias sustancias
iniciales (reactivos) se transforman en otra u otras finales
(productos), distintas a las iniciales
• En la reacción química se produce la ruptura de enlaces en los
reactivos y la formación de nuevos enlaces en los productos
• Ejemplo; al calentar clorato potasio se produce oxígeno gas y la • Ejemplo; al calentar clorato potasio se produce oxígeno gas y la
formación de cloruro de potasio KClO3 ���� KCl + O2
– Se han roto el enlace iónico entre el anión ClO3- y el catión K+, y también se
ha producido la ruptura del enlace covalente entre el oxígeno y el cloro del
ClO3-
– Por el contrario, se han formado los enlaces covalente oxígeno-oxígeno de
la molécula de O2 y también se ha formado el enlace iónico entre Cl- y K+ en
el cloruro de potasio (KCl)
Expresión de una reacción
• Una reacción química se representa mediante una ecuación química, en la que se tienen en cuenta una serie de premisas:
– El primer miembro de la reacción son los reactivos, y en segundo los productos. Todos se representan mediante sus fórmulas, y se separan los reactivos de los productos mediante una flecha
– Únicamente se contemplan las sustancias iniciales (reactivos) y finales (productos) que intervienen en la reacción
– El estado físico de cada sustancia se indica entre paréntesis; (s) sólido, (l) líquido, (g) gas, (aq) en disolución acuosalíquido, (g) gas, (aq) en disolución acuosa
– También pueden aparecer otros símbolos:
• ∆ ; sobre la flecha de la reacción. Indica calentamiento
• ↑; junto a un producto significa desprendimiento de gas
• ↓; junto a un producto indica formación de un precipitado sólido
– Ej.; El cinc metálico reacciona con el ácido sulfúrico en disolución acuosa y produce sulfato de cinc en disolución acuosa y un desprendimiento de hidrógeno gas
Zn(s) + H2SO4 (aq) ����ZnSO4(aq) + H2(g)↑
Ajuste de reacciones químicas
• Teoría de Dalton; las reacciones químicas son reordenaciones de
átomos. El nº de átomos de cada elemento debe ser igual en los
reactivos como en los productos (no aparece ni desaparece
ningún elemento)
• El ajuste de una reacción es consecuencia de Dalton; se ponen
unos coeficientes delante de cada sustancia para que el nº de
átomos de cada elemento a ambos lados de la reacción SEA EL átomos de cada elemento a ambos lados de la reacción SEA EL
MISMO y así se cumpla la Teoría de Dalton
• Ejemplo; KClO3 ���� KCl + 3/2O2 // 2KClO3 ���� 2KCl + 3O2
• Métodos de ajuste (Ver libro pág. 292, ejemplos 1 y 2)
– Por tanteo
– Por sistema de ecuaciones
ACTIVIDADES 3 y 4 PÁG. 293
Significado cuantitativo del ajuste
• Los coeficientes de ajuste nos indican proporciones en las que
intervienen las sustancias. Su interpretación es muy importante:
• Ejemplo; 2KClO3 ���� 2KCl + 3O2
– Interpretación atómico-molecular. Por cada dos moléculas de KClO3
que se descomponen, se forman dos moléculas de KCl y tres
moléculas de O2
– Interpretación molar. Por cada dos moles de KClO que se – Interpretación molar. Por cada dos moles de KClO3 que se
descomponen, se forman dos moles de KCl y tres moles de O2
• Esta última interpretación es fundamental para realizar cálculos
estequiométricos; calcular la cantidad (masa, volumen o nº de
moles) de uno de los componentes de una reacción a partir de la
cantidad conocida de otro
TIPOS DE REACCIONES
Tipos de reacciones químicas
• Existe una gran variedad de clasificaciones de reacciones químicas
• Según el mecanismo de intercambio entre reactivos y productos
podemos hablar de 4 tipos fundamentales de reacciones:
– Reacciones de síntesis. Se forma una sustancia (un solo producto) a
partir de dos o más reactivos. Ejemplos:
N2(g) + 3H2(g) � 2NH3(g) Síntesis de Haber (obtención de amoníaco)
SO (g) + H O(l) � H SO (l) Obtención de ácido sulfúricoSO3(g) + H2O(l) � H2SO4(l) Obtención de ácido sulfúrico
– Reacciones de descomposición. Un único reactivo (una única
sustancia) se descompone en otras más sencillas. Es contraria a la
reacción de síntesis. Ejemplos
2H2O(l) �2H2(g) + O2(g) Descomposición electrolítica del agua
CaCO3(s) �CaO(s) + CO2(g) Obtención de cal viva (CaO)
Tipos de reacciones químicas
– Reacciones de desplazamiento. Un elemento desaloja a otro de un
compuesto y los sustituye en dicho compuesto. Ejemplos:
Fe(s) + CuSO4(aq) �Cu(s) + FeSO4(aq)
Reacciones entre ácidos y metales son también reacciones de
desplazamiento: 2HCl(aq) + Zn(s)�ZnCl2(aq) + H2(g)
– Reacciones de doble desplazamiento. Los componentes (p.ej.
átomos o iones) de dos sustancias intercambian sus posiciones en átomos o iones) de dos sustancias intercambian sus posiciones en
dichas sustancias. Ejemplos:
2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) � PbI2(s) + 2KNO3(aq) Intercambio de las
posiciones de los iones K+ y Pb2+
H2SO4(aq) + Ca(OH)2(aq) � CaSO4(aq) + 2H2O(l) Reacción de
neutralización entre un ácido (ácido sulfúrico) y una base (hidróxido
cálcico)
Tipos de reacciones químicas
• Reacciones de especial interés
Reacción ácido-base (reacción de neutralización)
– Una reacción ácido-base es una reacción de neutralización, en la
que un ácido reacciona con una base dando lugar generalmente a
una sal y agua
– acido + base → sal + agua
– Suelen ser reacciones exotérmicas (desprenden energía en – Suelen ser reacciones exotérmicas (desprenden energía en
forma de calor)
– Ejemplos
Hidróxido de sodio más ácido carbónico que forma carbonato de
sodio mas agua:
Ácido nítrico más hidróxido de aluminio que forma nitrato de
aluminio mas agua:
Reacción ácido-base
En realidad en una reacción entre un ácido y una base no siempre se alcanza una neutralización:– El ácido en disolución aporta aniones e iones positivos H+ (H3O+)
• Ej; HCl(aq) � H+ + Cl-
– La base en disolución aporta cationes e iones OH-
Ej; NaOH (aq) � Na+ + OH-
– Cuando hay una neutralización, la cantidad de iones H+ que aporta el ácido y la cantidad de OH- que aporta la base son equivalentes (se neutralizan) y y la cantidad de OH que aporta la base son equivalentes (se neutralizan) y se combinan formando agua.
H+(aq) + OH−(aq) ����H2O. En esta situación el pH=7
– Cuando en la reacción hay un exceso de ácido, habrá mayor concentración de iones H+ que de iones OH-.En esta situación, pH < 7 (“pH ácido”)
– Cuando en la reacción hay un exceso de base, habrá mayor concentración de iones OH- (y menor concentración de iones H+ ). El pH > 7 (“pH básico”)
• Para calcular el pH, se hace a través del logaritmo negativo de la concentración de iones H+ (pH=-log[H+]). A mayor concentración de iones H+, menor será el pH.
Tipos de reacciones químicas
• Reacciones de especial interés
Reacciones de combustión (pág. 324 libro)
– Una sustancia (combustible) reacciona con oxígeno (comburente), dando lugar a un gas y a una gran cantidad de energía en forma de luz y calor
– No es una reacción espontánea; debe iniciarse mediante una llama o chispa
– Importancia; obtención de energía para calentar (centrales térmicas, calefacciones, cocinas de gas), para movimiento (motores de explosión de vehículos, etc.)
– Ejemplos:
C + O2 �CO2 Combustión de carbono (p.ej. carbono en carbón)
CH4 + 2O2 � CO2 + 2H2O Combustión de metano (componente
principal del gas natural)
2C4H10 + 13O2 � 8CO2 + 10H2O Combustión de butano
CH4 + 2O2 � CO2 + 2H2O
Combustión de metano (componente principal del gas natural)
CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSPÁGS. 297 – 303 LIBRO
Cálculos estequiométricos
• Cálculos estequiométricos; calcular la cantidad (masa, volumen o
nº de moles) de uno de los componentes de una reacción a partir
de la cantidad conocida de otro componente de la reacción
• Pueden ser:
1. Cálculos con masas
2. Cálculos con volúmenes de gases
3. Cálculos con reactivo limitante3. Cálculos con reactivo limitante
4. Cálculos con reactivos en disolución
Cálculos estequiométricos
1. Cálculos con masas
• Se pretende determinar la masa de un reactivo o producto de la
reacción, conociendo la masa de otra sustancia de la reacción
• Se debe tener en cuenta la relación molar entre sustancias que
nos indica el ajuste, y trabajar por factores de conversión
• Ejemplo. En disolución acuosa, el carbonato de sodio reacciona con el
cloruro de calcio, y se obtiene un precipitado de carbonato de calcio y cloruro de calcio, y se obtiene un precipitado de carbonato de calcio y
cloruro de sodio. Si obtenemos 225 g de carbonato de calcio, calcula la
masa de carbonato de sodio que utilizamos
Cálculos estequiométricos
2. Cálculos con volúmenes de gases
• Se pretende determinar el volumen de un reactivo o producto, conociendo los datos de P y T de una sustancia de la reacción
• Se debe tener la relación molar del ajuste y la ecuación de estado de los gases ideales; P·V=n·R·T
• Si nos indican condiciones normales (T=0ºC, P=1 atm), podemos establecer la equivalencia para esa sustancia de 1 mol = 22,4 l
• Ejemplo. La combustión del amoníaco produce monóxido de nitrógeno y agua. • Ejemplo. La combustión del amoníaco produce monóxido de nitrógeno y agua.
Determina cuántos litros de oxígeno, medidos a 600 K y 2·105 Pa, se necesitan para
obtener 195 g de monóxido de nitrógeno
• Ejemplo. Deseamos obtener 3 l de hidrógeno gas, medidos a 25ºC y 722 mm de Hg
de presión, mediante la reacción entre el ácido clorhídrico y el aluminio. En la
reacción se produce, además, cloruro de aluminio. Calcula los gramos de aluminio
necesarios
• Pág. 301, Actvs. 19 y 21
• Pág. 299, Actv. 13
Cálculos estequiométricos
3. Cálculos con reactivo limitante
• Reactivo limitante; reactivo cuya cantidad se consume totalmente
• Reactivo en exceso; reactivo cuya cantidad no se consume en su
totalidad (sobra cantidad)
• Si no te lo dice el enunciado, es necesario determinar cuál es el
reactivo limitante. Para ello se calcula el nº de moles de cada
reactivo y comparando con la relación molar del ajuste vemos qué reactivo y comparando con la relación molar del ajuste vemos qué
reactivo está en exceso
• A partir de ahí se trabaja de forma habitual siempre con la
cantidad de reactivo limitante
• También pueden pedir la cantidad de reactivo en exceso que no
se ha consumido
• Pág. 25, Actv. 10
Cálculos estequiométricos
3. Cálculos con reactivo limitante
• Ejemplo. Calentamos en una cápsula de porcelana 5 g de hierro y 4 g de
azufre. Determina la cantidad de sulfuro de hierro (II) que se formará y
qué cantidad de otras sustancias tendremos al final de la reacción
Cálculos estequiométricos
4. Cálculos con reactivos en disolución
• Los reactivos se encuentran en disolución
• En este caso el enunciado indica la concentración (p.ej.
molaridad) de alguno de los reactivos y se nos pide determinar la
masa de otra sustancia de la reacción
• A partir de la concentración, se puede sacar el nº de moles del
reactivo y ya trabajar como es habitual, con la relación molar y reactivo y ya trabajar como es habitual, con la relación molar y
factores de conversión
• Ejemplo. Determina la masa de cloruro de potasio que se obtendrá si
hacemos reaccionar 25 ml de disolución de hidróxido de potasio al 20%
en masa con exceso de ácido clorhídrico. La densidad de la disolución de
hidróxido de potasio es 1,08 g/ml
RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓNPÁG. 304 LIBRO
Rendimiento en reacciones químicas
• Generalmente en una reacción no se obtiene el 100% de la cantidad esperada de un producto (rendimiento 100%).
• El rendimiento suele ser menor, por pérdida de material durante la manipulación, condiciones inadecuadas de reacción o existencia de reacciones paralelas
• Cuando se nos indique un rendimiento (p.ej. del 75 %), al finalizar todos los cálculos debemos multiplicar la cantidad obtenida (p.ej. la masa) por el rendimiento
• El fundamento es similar a concepto de riqueza (equivalente a % en masa). Por ejemplo; muestra de 50 g de Fe del 75% de riqueza = 50 · 0,75 = 37,5 g de Fe que hay en la muestra
• Ejemplo. La tostación de sulfuro de plomo (II) con oxígeno produce óxido
de plomo (II) y dióxido de azufre gaseoso. Calcula la cantidad de óxido
de plomo (II) (sólido) que podemos obtener a partir de 500 g de sulfuro
de plomo (sólido), si la reacción tiene un rendimiento del 65 %
OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE MATERIALES
PÁGS. 305 - 306 LIBRO
VELOCIDAD DE REACCIÓNPÁGS. 305 - 306 LIBRO
Velocidad de reacción
• Cinética química; parte de la Química que estudia aspectos
relacionados con la velocidad de reacción
• Velocidad de reacción; Cantidad de un reactivo que desaparece
por unidad de tiempo. Cantidad de un producto que aparece por
unidad de tiempo
Energía de activación (Ea) / Reaciónesendotérmicas y exotérmias
• Ea; Energía mínima requerida para iniciar una reacción química.
• Reacción endotérmica; se produce con absorción de energía (en forma de calor)
• Reacción exotérmica; se produce con desprendimiento de energía en forma de calor
Efinal < Eo (Einicial)
Ef > Eo
Teoría de las reacciones químicas
1. Teoría de las colisiones
- Reacción química es el resultado del choque entre moléculas
- No todos los choques son “eficaces”
- Choques eficaces; aquellos que dan lugar a la reacción
- Moléculas que chocan aportan energía cinética suficiente para romper el
enlace. Energía mínima necesaria; Energía de activación (Ea)
- El choque debe ser con la orientación adecuada- El choque debe ser con la orientación adecuada
Teoría de las reacciones químicas
2. Teoría del estado de transición
- Moléculas chocan y quedan unidas temporalmente � Complejo
activado o de transición
- Moléculas reactivas rompen sus enlaces
- El complejo es muy inestable (alta energía y rápida descomposición)
- En la descomposición de lugar a los productos
- Energía de activación; energía necesaria para formar el complejo - Energía de activación; energía necesaria para formar el complejo
activado
Ver gráficas libro, pág. 321
Factores que influyen en la velocidad de reacción
• Naturaleza de los reactivos
• Temperatura
• Concentración de los reactivos
• Superficie de contacto
• Catalizadores• Catalizadores
Factores que influyen en la velocidad de reacción
Naturaleza de los reactivos
- Velocidad de reacción depende del tipo de unión de los reactivos
Temperatura
- � Tª �� Ecinética de moléculas �� nº choques eficaces �� Velocidad de reacción
Concentración de reactivosConcentración de reactivos
- � Concentración reactivos �� nº de choques (más partículas moviéndose) �� nº de choques eficaces �� Velocidad de reacción
Superficie de contacto (grado de división)
- � Superficie contacto reactivos (mayor grado de división) �� nº
de choques �� nº de choques eficaces �� Velocidad de
reacción
Factores que influyen en la velocidad de reacción
Catalizadores (presencia de catalizadores)
- Sustancias que en pequeñas cantidades modifican la velocidad de
una reacción
- El catalizador no afecta a la cantidad de reactivos o productos que
intervienen en la reacción
- No se consumen catalizador; al final de la reacción se obtiene la - No se consumen catalizador; al final de la reacción se obtiene la
misma cantidad de catalizador
- Los catalizadores modifican la Energía de activación
- Catalizador positivo; �Ea �� nº choques eficaces �
� Velocidad de reacción
- Catalizador negativo; � Ea �� nº choques eficaces �
� Velocidad de reacción
La trayectoria seguida por la reacción
pasa de ser la de la línea azul, a ser la
de la línea roja con menor energía de
activación aunque con la misma
energía inicial (Eo) y final (Ef)
Factores que influyen en la velocidad de reacción
Ejercicios 12 y 13, pág. 323
CALOR DE UNA REACCIÓN
ENTALPIA DE UNA REACCIÓN
LEY DE HESS
EQUILIBRIO QUÍMICO
