Tema 6:

Reacciones químicas

Tema 6: Reacciones químicas

1.- Procesos físicos y químicos

2.- Reacciones químicas

3.- Leyes de las reacciones químicas

4.- Ecuaciones químicas

5.- Cálculos con ecuaciones químicas

6.- Reacciones químicas de interés

7.- Velocidad de una reacción química

8.- Reacciones contaminantes

1.- PROCESOS FÍSICOS Y QUÍMICOS

CAMBIO FÍSICO: es aquél que tiene lugar sin transformación de materia. Cuando se conserva la sustancia original.

Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado y también patear una pelota, romper una hoja de papel. En todos los casos, encontraremos que hasta podría cambiar la forma, como cuando rompemos el papel, pero la sustancia se conserva, seguimos teniendo papel.

CAMBIO QUÍMICO: es aquél que tiene lugar con transformación de materia. Cuando no se conserva la sustancia original.

Ejemplos: cuando quemamos un papel, cuando respiramos, y en cualquier reacción química. En todos los casos, encontraremos que las sustancias originales han cambiado, puesto que en estos fenómenos es imposible conservarlas.

Aquí se identifican fenómenos físicos y químicos, para un fenómeno natural y para un hecho de la vida diaria:

Durante el proceso de FOTOSÍNTESIS: • a- La hoja TOMA CO2 del aire,(también llega el H2O

tomada del suelo por la raíz ). FÍSICO • b- El AGUA se transforma en HIDRÓGENO y OXÍGENO.

QUÍMICO • c- El OXÍGENO se desprende de la planta y vuelve a la

atmósfera .FÍSICO • d- El HIDRÓGENO reacciona con el DIÓXIDO DE

CARBONO para formar ALMIDÓN .QUÍMICO

2.- REACCIONES QUÍMICAS *Según la teoría cinético-molecular una reacción química consiste en las roturas de las moléculas de las sustancias iniciales, reordenándose los átomos de forma diferente .

*En la reacción química se produce siempre una transformación energética.

Los cambios químicos se representan en base a la reacción química:

REACTIVOS INICIALES PRODUCTOS FINALES

• Para que se produzca la reacción química se tienen que producir dos hechos fundamentales :

1.-Los átomos tienen que chocar con suficiente energía.

2.-La orientación del choque de los átomos ha de ser efectiva. Es decir la orientación del choque ha de ser la adecuada.

• I2 + H2 2HI

choque efectivo

choque no efectivo.

3.- LEYES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS 3.1.- Ley de conservación de la masa

Lavoisier estableció dicho principio en el año 1877.

“En un sistema aislado ,en el que no entra ni sale materia ,la masa de las sustancias iniciales es idéntica a la masa de las sustancias finales, aunque dichas sustancias sean diferentes”.

mreactivos = mproductos.

IK + Pb(NO3)2 PbI2 + KNO3

Ahora bien, el número de átomos de cada elemento en los reactivos debe ser igual al que existe en los productos Esto nos obliga a realizar un ajuste de la ecuación química para que el número de átomos de cada elemento en los reactivos sea igual al que existe en los productos.

3.2.- Ley de las proporciones definidas

Fue enunciada por Proust a finales del siglo XVIII:

Cuando dos o más elementos se combinan para formar el mismo compuesto, lo hacen siempre en proporciones de masa definidas y constantes. Masa elemento 1 Masa elemento 2 Ejemplo: siempre que el oxígeno y el hidrógeno se combinen para formar agua la relación entre sus masas es:

masa oxígeno/masa hidrógeno=8.

= cte

3.3.- Ley de los volúmenes de combinación A principios del siglo XIX, Gay-Lussac, experimentando en el

laboratorio con reacciones químicas en las que intervienen gases se dió cuenta que: En una reacción química, los volúmenes de las sustancias gaseosas que intervienen guardan entre sí una proporción de números enteros y sencillos, si se miden en las mismas condiciones de presión y temperatura. Esa proporción coincide con la proporción en el número de moléculas de las sustancias gaseosas que reaccionan y que se forman durante el proceso. O2 + 2 H2 → 2 H2O 1 moléculas 2 molécula 2 moléculas 1 L 2 L 2 L

3.4.- Ley de Avogadro

Para poder explicar los resultados experimentales obtenidos por Gay-Lussac, Avogadro, a principios del siglo XIX, supuso que: Volúmenes iguales de gases diferentes, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas.

(El volumen que ocupa un mol de cualquier gas ideal a una temperatura y presión dadas siempre es el mismo.)

4.- ECUACIONES QUÍMICAS

Ajustes de reacciones: Ej: Formación del agua H 2 + O2 = H2O *Vemos que en los reactivos hay dos átomos de oxígeno mientras que en los productos sólo hay uno. *Si multiplicamos por dos la molécula de agua: H2 + O2 = 2 H2O Ahora tenemos igualdad en los átomos de oxígeno, pero no en los de hidrógeno. De estos hay cuatro en los productos y sólo dos en los reactivos. *Multiplicamos por dos el hidrógeno en los reactivos? 2 H2 + O2 = 2 H2O

• A los números que hemos añadido para ajustar la ecuación se les llama coeficientes estequiométricos.

• 2 H2 + O2 2 H2O

nº de átomos en la molécula. coeficiente estequiométrico(nº de moléculas)

• “ las ecuaciones químicas son las representaciones simbólicas de las reacciones reales. En ellas, el número de átomos de cada elemento es el mismo en las sustancias iniciales y en las finales.”

¿Como ajustar una reacción de combustión?

C2H6 + O2 CO2 + H2O

1º.-Ajustamos los átomos de hidrógeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de agua, para ajustar estos.

C2H6 + O2 CO2 +3 H2O

2º.-Ajustamos los átomos de carbono. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de dióxido de carbono, para ajustar estos.

C2H6 + O2 2CO2 +3 H2O

3º.-Ajustamos los átomos de oxigeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de oxígeno, para ajustar estos.

C2H6 + 7/2 O2 2CO2 +3 H2O

• !!ojo!!.Frecuentemente aparecen coeficientes fraccionarios. Entonces se multiplica la ecuación por el número adecuado para ajustar la reacción en números de átomos

En las reacciones de oxidación se ajusta primero el oxígeno. Después el metal.

Na + O2 Na2O

1º Na + O2 2 Na2O

2º 4Na + O2 2 Na2O

Ajuste y representación de la reacción

C2H6 + 7/2 O2 2CO2 +3 H2O

Para poder representarla , eliminamos el coeficiente fraccionario, multiplicando por dos la ecuación:

2 C2H6 + 7 O2 4CO2 + 6H2O

5.- CÁLCULOS CON ECUACIONES QUÍMICAS

5.1.- Cálculos masa-masa.- calcular las cantidades de las sustancias que intervienen

5.2.- Cálculos volumen-volumen.- según la Ley de Avogadro: “En volúmenes iguales de distintos gases, a la misma presión y temperatura, existe el mismo número de partículas”. Entonces, los volúmenes de los gases que intervienen en la reacción están en la misma relación que los moles.

5.1.- Cálculos masa-masa.- calcular las cantidades de las sustancias que intervienen

5.2.- Cálculos volumen-volumen.- según la Ley de Avogadro: “En volúmenes

iguales de distintos gases, a la misma presión y temperatura, existe el mismo número de partículas”. Entonces, los volúmenes de los gases que intervienen en la reacción están en la misma relación que los moles.

6.- REACCIONES QUÍMICAS DE INTERÉS

6.1.- Reacción ácido-base

* Reacción de neutralización

6.2.- Reacciones con el oxígeno

* Reacción de combustión

pH es el logaritmo de la concentración de iones H+, con el signo cambiado:

Como la escala de pH es logarítmica, la variación de pH en una unidad (en un sentido o en otro) es igual a una variación de la [H+] 10 veces mayor. En otras palabras, mientras el pH varía en progresión aritmética, la [H+] lo hace en progresión geométrica. Se distinguen tres tipos de disoluciones en función del pH (Tabla superior): disoluciones ácidas: tienen una [H+] mayor que la del agua pura (10-7 M) con lo que su pH < 7 (pOH > 7). disoluciones básicas: tienen una [H+] menor que la del agua pura (10-7 M) con lo que su pH > 7 (pOH < 7) disoluciones neutras: pH = pOH = 7 (agua pura)

1.Según Arrhenius se denominan ácidos a aquellos electrolitos (sustancias que se disuelven en agua formando iones) que disueltos en agua producen iones H+ (ion hidrógeno). Por tanto, dichas sustancias, ácidos, disueltos en agua darían un anión y el catión H+. Habitualmente el anión es un no metal (caso de los hidrácidos) o un grupo formado por no metal (también podría ser Mn, Cr,..) y oxígeno (caso de los oxácidos). Ejemplos de aniones procedentes de los ácidos en disolución acuosa: De los hidrácidos: F-, Cl-, Br-, I-, S2-,... De los oxácidos: SO4

2-, NO3-, PO4

3-, SiO42-, CO3

2-,... Ejemplos de ácidos en disolución: •HCl → Cl- + H+ •H2SO4 → SO4

2- + 2 H+ •HNO3 → NO3

- + H+

2.Según Arrhenius se denominan bases a aquellos electrolitos (sustancias que se disuelven en agua formando iones) que disueltos en agua producen iones OH- (ion hidroxilo). Por tanto, dichas sustancias, bases, disueltos en agua darían un anión (OH-) y un catión (un metal). Ejemplos de bases en disolución: •NaOH → Na+ + OH- •Al(OH)3 → Al3+ + 3 OH-

1.Propiedades de los ácidos: •Conducen la corriente eléctrica cuando están disueltos en agua. •Algunos metales (Zn, Mg,...) reaccionan con los ácidos desprendiendo hidrógeno (H2). •Presentan sabor agrio, el denominado sabor ácido(1) •Reaccionan con el mármol, desprendiendo CO2. •Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver más adelante). 2.Propiedades de las bases: •Conducen la corriente eléctrica cuando están disueltos en agua. •Tienen sabor amargo (1) y son untuosas al tacto (1). •Reaccionan con los ácidos produciendo sustancias totalmente diferentes (bases). •Modifican el color de las sustancias denominadas indicadores (ver más adelante).

Reacciones de neutralización. Son reacciones en las que los reactivos son un ácido y una base. El resultado, si la reacción es estequiométrica, es una disolución neutra en principio. Reaccionan los iones H+ con los iones OH- para dar agua.

ácido + hidróxido (base) → sal + agua (H2O)

• En reacción de combustión, el combustible y el oxígeno desaparecen apareciendo otras sustancias nuevas como las que forman la cenizas (si quedan),humos y gases invisibles .

Combustible(C,H,O) +O2 CO2 +H2O

Etanol

Carbón

Butano

Propano + O2 CO2 +H2O Gasolina

Madera vídeos:

Plásticos

…………

¿Como ajustar una reacción de combustión?

C2H6 + O2 CO2 + H2O

1º.-Ajustamos los átomos de hidrógeno. Ponemos el

coeficiente estequiométrico a la molécula de agua, para ajustar estos.

C2H6 + O2 CO2 + 3 H2O

2º.-Ajustamos los átomos de carbono. Ponemos el

coeficiente estequiométrico a la molécula de dióxido de carbono, para ajustar estos.

C2H6 + O2 2CO2 +3 H2O

3º.-Ajustamos los átomos de oxigeno. Ponemos el coeficiente estequiométrico a la molécula de oxígeno, para ajustar estos.

C2H6 + 7/2 O2 2CO2 +3 H2O

• !!ojo!!.Frecuentemente aparecen coeficientes fraccionarios.

7.- VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN QUÍMICA Def.- Velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se forma o que desaparece en cada unidad de tiempo.

Factores que afectan a la velocidad de reacción:

1.-Naturaleza de los reactivos

2.- Superficie de contacto entre los reactivos

3.- Concentración de los reactivos

4.- Temperatura

5.- Presencia de catalizadores

8.- REACCIONES CONTAMINANTES

8.1.- Lluvia ácida

8.2.- Efecto invernadero

8.3.- Disminución de la capa de ozono

8.1.- Lluvia ácida

http://epa.gov/acidrain/education/site_students_spanish/index.html

8.2.- Efecto invernadero

8.3.- Disminución de la capa de ozono

Cada cosa tiene su belleza, pero no todos pueden verla. Confucio