Unidad 6 Quimica Tecnica

8/19/2019 Unidad 6 Quimica Tecnica

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA DE OCCIDENTE

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA

QUIMICA TÉCNICA

UUNNIIDDAADD 66

LLAA RREEAACCCCII

NN QQUU

MMIICCAA

CONTENIDO:

6.1- Introducción

6.2- Reacción química y ecuación

química, tipos de reacción.


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2

6.1

INTRODUCCIÓN

La ciencia química es una ciencia natural que estudia la composición de la

materia y los cambios de ella, particularmente cambios de energía que acompañan

a los cambios en la materia.Todo cambio en la materia implica cambio físico o químico ambos deben

ser estudiados por la química.

Los cambios físicos no modifican la estructura química de la materia.

Los cambios químicos si modifican la estructura química de la materia.

Todo cambio químico se conoce comoreacción química

. Por otro lado las

propiedades de la materia sólo pueden ser observadas mediante cambios químicos

o sea mediante reacciones químicas.

De igual manera se dice que la materia homogénea puede ser compuestos

químicos y elementos. Los elementos que están formados por una sola clase de

átomos y los compuestos que están formados por varios elementos que se unen

químicamente, eso quiere decir que para formar un compuesto químico debe haber

un cambio químico que lo produzca a partir de los elementos o compuestos

reaccionantes.

6.2

REACCIÓN QUÍMICA

Es la combinación de dos o más elementos o compuestos químicos

diferentes. Queda claro que los átomos de los elementos, que participan en la

reacción no desaparecen ni cambian; así que una reacción química es simplemente

un proceso de reorganización o reordenamiento de átomos.

Por Ejemplo:

Reacción entre dos átomos de sodio y dos de cloro.

2 Na s) + Cl

2

g) = 2 NaCl s)


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3

6.2.1 LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA.

Esta ley nos permite establecer que: “Todo lo que entra a una reacción sale

como producto”.

Esta última declaración nos exige que una reacción química se efectúa

solamente en proporciones definidas que son las que se deducen de aplicar la ley

de conservación de la masa.

H

2

+ O

2

== H

2

O ( Reacción no balanceada)

Para que la ley de conservación de la materia se cumpla, los átomos que

entran deben ser igual a los átomos que salen, así:

2 H

2

+ O

2

== 2 H

2

O ( Reacción balanceada)

6.2.2 ECUACIÓN QUÍMICA.

Ecuación química : Es una igualdad que muestra que compuestos están

reaccionando (reactantes) y otros compuestos o elementos están siendo

producidos (productos).

Simbología de las ecuaciones químicas .

Para escribir una ecuación química en forma correcta se utilizan ciertos

símbolos y términos:

Los reactantes siempre se colocan al lado izquierdo separados de los

productos por una flecha ( ), por una flecha en ambos sentidos ( ) ó por

un símbolo de igualdad ( = ) para indicar que la reacción también puede darse de

derecha a izquierda.

Generalmente se indica el estado físico de los reactantes y productos,

así:

Para el estado sólido: (s)

Para el estado líquido: (l)

Esta ley establece que:

“La materia no se crea ni se destruye, sólo

se transforma”.


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4

Para el estado gaseoso: (g)

Para una solución acuosa: (ac).

En algunos casos si el producto es gaseoso se indicará con una flecha

hacia arriba (↑) y si es un sólido, se indica con una flecha hacia abajo (↓). Ejemplo:

2 KI ac) + Pb NO

3

)

2

ac) == 2 KNO

3

ac) + PbI

2

s) ;∆

H = -285.8 kJ

ó 2 KI ac) + Pb NO3

)

2

ac) == 2 KNO

3

ac) + PbI

2

↓

Los requerimientos o descarga de calor de la reacción se indica con el

símbolo “∆

” sobre la flecha si se requiere de calor o a continuación de los productos

si es descarga.

Por encima o debajo de la flecha se indica la presencia de catalizadores.

Los cuales pueden ser “positivos” o “negativos”.

La reacción química debe estar balanceada.

6.2.3 MODELO DE UNA REACCIÓN QUÍMICA.

“Las reacciones químicas ocurren como resultado de colisiones producidas

entre las partículas reaccionantes” . Este postulado explica muchas características

de las reacciones incluyendo sus velocidades.Por ejemplo:

CO g) + NO

2

g)

→ CO

2

g) + NO g)

Esta reacción tiene lugar como resultado de colisiones entre moléculas de

CO(g) y de NO2

(g) y entre más moléculas existan de estas sustancias aumenta la

velocidad de formación de productos, sin embargo, no toda colisión da lugar a la

formación de productos.

Se ha demostrado que el número de colisiones intermoleculares en una

mezcla de gases, por ejemplo a 700 K estando los gases a una concentración de

0.1 mol/L, es de 1000 millones en un segundo, por tanto si todas estas colisiones

fueran efectivas, la formación de productos fuera casi instantánea, pero no es así,

la reacción ocurre en un intervalo de tiempo de 20 segundos aproximadamente.


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5

Es necesario por tanto admitir que sólo una pequeña parte de los choques

son efectivos.

Además, las moléculas de reactantes están formadas por átomos que se

unen mediante enlaces químicos; para que ocurra una reacción química es

necesario que estos enlaces se debiliten hasta romperse. Esto puede lograrse si las

moléculas chocan con suficiente energía. Solamente moléculas que tengan

suficiente energía atómica pueden colisionar y reaccionar. Cada reacción exige un

mínimo de energía llamada“Energía de Activación”

. Se la designa por Ea y se

expresa en kJ.

Para la reacción de 1 mol de CO y 1 mol de NO2 Ea es de 134 kJ. Esto

significa que las moléculas deben de tener por lo menos una energía de 134 kJ/mol

para poder reaccionar.

La energía de activación es una magnitud positiva ( Ea>0).

Depende de la naturaleza de la reacción

Una reacción con gran energía de activación transcurrirá con una

velocidad lenta en condiciones normales y entre más grande es Ea menor es la

fracción de moléculas con energía cinética suficiente para reaccionar cuando entran

en colisión.

Es independiente de la temperatura y de la concentración.

Figura 6.1.

Diagrama de energía La molécula

debe remontar la barrera de la

energía de activación antes de

que pueda formar el producto.


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6

6.2.4 BALANCE DE ECUACIONES.

Balance por tanteo. Pasos:

Escribir la fórmula correcta para los reactantes y para los productos,

escribiéndolos a la izquierda y a la derecha respectivamente. Los reactantes

estarán separados entre sí por un signo (+). Reactantes y productos estarán

separados entre sí mediante (↔). Los productos estarán separados entre sí por un

signo (+).

C

2

H

6

g) + O

2

↔ CO

2

g) + H

2

O g) (Sin balancear)

Empiece por la parte más compleja, es decir, por los elementos que

tienen el mayor número de elementos. En algunos casos consiste simp lemente en

ajustar primero los átomos diferentes al Hidrógeno o el Oxígeno.

Ajuste seguidamente el Hidrógeno y el Oxígeno agregando moléculas

de agua si fuera necesario, después de que todos los elementos han sido

balanceados.

Deje los elementos en estado libre hasta el último momento ya que

cambiando los coeficientes de éstos sólo cambia esta clase de átomos.

Cuando se tienen reacciones con iones poliatómicos, ajuste el ión como

grupo. Por ejemplo el ión SO4-2 se ajusta como ión sulfato y no como átomos de S

y O.

. Si aparecen fracciones en la reacción, generalmente se multiplica todo

por el número más pequeño que elimina esta fracción.

No es necesario hacer desaparecer estas fracciones, sin embargo es

más simple en la mayoría de los casos, además se asegura de que al final todos los

coeficientes están en la relación o proporción más baja posible. Si no es el caso,

simplifíquese.


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7

Ejemplo 1:

Al s) + Cl

2

↔ AlCl

3

(Sin balancear)

Balanceando:

2Al s) +3Cl

2

g) ↔

2AlCl

3

s)

Ejemplo 2:

C

2

H

6

+ O

2

↔ CO

2

+ H

2

O (Sin balancear)

Balanceando :

C

2

H

6

g) + 7/2 O

2

g) ↔ 2CO

2

g) + 3H

2

O

Ejemplo 3:

Ca OH)

2

ac) + H

3

PO

4

ac) ↔ Ca

3

PO

4

)

2

s) + H

2

O l) (Sin balancear)

Balanceando :

3Ca OH)

2

ac) + 2H

3

PO

4

ac) ↔ Ca

3

PO

4

)

2

s) + 6H

2

O l)

6.2.4 TIPOS DE REACCIONES.

a.

Reacciones de composición o combinación

b.

Reacciones de d

escomposición

c.

Reacciones de reemplazo

d.

Reacciones metastables

e.

Reacciones de n

eutralización

En general cuando se estudian las reacciones químicas:

Escribir la fórmula correcta de los reactantes.

Clasificar el tipo de reacción y sus productos.

Escribir la fórmula correcta de los pr oductos.

Ajustar o balancear la ecuación.

a. REACCIONES DE COMPOSICIÓN O COMBINACIÓN :

En estas reacciones dos o más elementos o compuestos reaccionan para

formar un compuesto diferente.


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8

a-1. METAL–

NO METAL. Se origina un compuesto binario (por ejemplo,

óxido, sulfuro, haluro). Para los metales del grupo IA, IIA y también para el Al , Zn y

Ag, siempre podemos predecir el producto que se va a formar.

Al s) + O

2

↔ Al

2

O

3

(Sin balancear)

2Al s) + 3O

2

↔ 2Al

2

O

3

a-2. NO METAL–

OXÍGENO.

Da origen a un óxido de no metal. En general

hay una gran variedad de producto que pueden formarse en reacciones de este tipo

dependiendo de la cantidad de oxígeno reaccionante.

C s) + O

2

g

↔ CO g)

(Sin balancear)

2C s) + O

2

g) ↔ 2CO g)

a-3.ÓXIDO DE METAL + AGUA.

Se forma un oxácido.

Cuando el óxido de un no metal se combina con el agua, el producto

formado es un oxácido. Por esta razón, los óxidos de no metales se les llama

óxidos ácidos o anhídrido ácido. Para determinar cuál ácido se va a formar debe

tenerse en cuenta:

1. El conocimiento de los oxácidos que pueden formar determinados no

metales, como el caso del ácido sulfúrico ó ácido sulfuroso en el azufre.

2. El número de oxidación del átomo central, el cual será siempre el númerode oxidación del oxácido que en el ácido.

SO

2

g) + H

2

O l) ↔ H

2

SO

3

ac)

SO

2

g) + H

2

O l) ↔ H

2

SO

4

ac)

a-5.ÓXIDO DE METAL + ÓXIDO DE NO METAL ↔ SAL.

Estas reacciones son de neutralización ya que un reactante es anhídrido

básico y el otro es anhídrido básico. Realmente lo que ocurre es una reacción de un

ácido con una base, así:

CaO s) + SO

2

g) ↔ Ca SO

3

) s)


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b. REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN.

En estas reacciones un compuesto se descompone para formar dos o más

sustancias diferentes. Los productos formados pueden ser elementos o

compuestos. Generalmente se necesita calor para que ocurra la reacción, es decir,

es una Reacción Endotérmica.

b-1.DESCOMPOSICIÓN DE HIDRATOS.

Cuando se calientan, éstos se descomponen para dar agua y sal anhidra.

Un hidrato es una sal que tiene una o más moléculas de agua por cada unidad

fórmula y posee una estructura de cristal.

Por ejemplo:

22

aCl

22

aC l

b-2. DESCOMPOSICIÓN DE CLORATOS.

Cuando se calientan se descomponen dando cloruros más oxígeno.

Por ejemplo:

2

Cl

3

ClO

(Sin balancear)

2

Cl

3

ClO

b-3.DESCOMPOSICIÓN DE ÓXIDOS DE METALES.

Algunos de éstos se descomponen al calentarlos dando lugar al metal libre

y el oxígeno.

Por ejemplo:

2

g gO

b-4.DESCOMPOSICIÓN DE CARBONATOS.

La mayoría se descomponen dando óxidos y CO2(g).

Por ejemplo:

2

OaO

3

aC O

.

Los carbonatos del grupo IA son estables y no se descomponen fácilmente.


10/13

10

b-5.DESCOMPOSICIÓN DE CARBONATOS DE HIDRÓGENO Ó

BICARBONATOS.

O

22

OaO

23

COa

Los bicarbonatos del grupo IA se descomponen de acuerdo a:

22

O

3

O

2

a

3

aHCO

b-6.DESCOMPOSICIÓN DEL AGUA.

El agua puede descomponerse en oxígeno e hidrógeno mediante las

corriente eléctrica.

22

dlec t r ic id

2

c. REACCIONES DE REEMPLAZO Ó DESPLAZAMIENTO.

c-1.REACCIÓN DE REEMPLAZO ENTRE METALES.

Un metal reemplaza a otro ión metálico en una solución. Para realizar esto,

el metal libre reactante debe ser “más activo” que el metal ionizado que está en

solución.

Los metales pueden ser ordenados en series ELECTROMOTIVAS o series

de actividad, que nos dará la idea de los productos en la reacción de

desplazamiento. Notar que el hidrógeno está incluido en la lista aunque no es un

metal.

Li Na Fe Pb Ag

K Mg Cd H Au

Ba Al Ni Cu

Ca Zn Sn Hg

SERIES ELECTROMOTIVAS

Cuando se utiliza esta serie, cualquier metal ubicado en la parte alta (al

inicio) de la lista desplazará de la solución a cualquiera que está en las últimas

posiciones.

Además, cualquiera que esté situado por encima del hidrógeno, lo

desplazará de un ácido. Por ejemplo:


11/13

11

1.uc

4

eSOc

4

uSOe

2. Cu s) + FeSO4

ac)↔no hay reacción

3.

2

c

2

nC lcCln

4. Un metal más activo, el Na, puede desplazar al hidrógeno del agua, así:

caO H

22

a

c-2. HAY REACCIONES DE REEMPLAZO PARA LOS NO METALES.

Por

ejemplo para los halógenos, el Flúor desplaza al cloro, el Cloro desplaza al Bromo y

éste al Iodo de sus sales. Es claro que este reemplazo es provocado por diferencia

de electronegatividades:

1.

2raC lcaBr2l

2.reacc ionaoaBr

2

d. REACCIONES DE METÁSTASIS Ó DE DOBLE DESPLAZAMIENTO.

Los compuestos reaccionan para dar otros dos o tres nuevos compuestos.

En general participan los iones. Los iones positivos intercambian compañeros con

los iones negativos para formar nuevos compuestos en muchos casos estas

reacciones forman sustancias insolubles.

d-1. SOLUBILIDAD.

Reglas:

1.

Son solubles todos los compuestos de los metales IA, compuestos de

Amonio (NH4+), Nitratos, Acetatos y la mayoría de Cloruros excepto: AgCl, PbCl2 y

HgCl2 y la mayoría de sulfatos excepto los de Ca, Sr +2, Ba+2 y Pb+2.

2.

a) Son insolubles: Los óxidos, hidróxidos, carbonatos y fosfatos excepto

para aquellos metales del grupo IA y el amonio.

b) Son insolubles todos los sulfatos excepto: aquellos del grupo IA y del

grupo IIA y el Amonio.


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12

Por ejemplo:

1.c

3

NOgClcClc

3

Og

2.c

3

aNO

4

bSO

23

Obc

4

O

2

a

3.NaOH

2

HaaOHc

23

Oa

d-2. FORMACIÓN DE SUSTANCIAS NO IONIZADAS COMO EL H2

O Ó

CO

2

.

Por Ejemplo:

En general podemos decir que todas las reacciones en las que participan

ácidos y bases son reacciones de neutralización. Es muy frecuente y muy útil

agrupar las reacciones de metástasis como ecuaciones iónicas. Al hacer esto, las

sustancias iónicas se escriben como iones y las no ionizadas en forma molecular.

Por Ejemplo:

ClalAgla

3

Og

e. REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN.

En estas reaccionan, un ácido ó un óxido ácido (un ácido de un no metal).

En estas reacciones se forma una sal y en la mayoría de los casos se forma agua.

No se forma agua en el caso de reacción de un óxido de no metal con un óxido de

metal, la cual se considera como reacción de descomposición.

e-1.ÁCIDO + BASE ↔ SAL + AGUA.

Por Ejemplo:

O

2

aClcaO HcCl

2

O

2

c

2

aC lcCl

3

aC O

Observar que en los tres ejemplos se forma

una sustancia que es insoluble.


13/13

13

24

O

3

a

2

Hal

Por Ejemplo:

24

O

3

a

22

Hac

4

O

3

e-2. ÓXIDO DE METAL + ÁCIDO ↔ AGUA + SAL.

c

2

aCl

2

cClaO

e-3.ÓXIDO DE NO METAL + BASE ↔ AGUA + SAL

c

3

O

2

a

2

caO H

2

O

e-4.ÓXIDO DE METAL + ÓXIDO DE NO METAL ↔ SAL

4

gSO

3

OgO

e-5.AMONÍACO + ÁCIDO ↔ NH4C S)

NH3 + HCl = NH4 + Cl-

Aquí faltan las reacciones de óxido-reducción las cuales merecen un

capítulo aparte y se estudiarán más adelante.

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