REACCIONES QU

1
REACCIONES QUÍMICAS
REACCIONES QUÍMICAS
Nela Álamos Colegio Alcaste
2
REACCIONES QUÍMICAS

• Transformaciones físicas y químicas

• Reacción química

• Ecuación química

• Teoría de las reacciones químicas

• Velocidad de las reacciones químicas

• Energía de las reacciones químicas

• Carácter cuantitativo de las reacciones químicas

• Tipos de reacciones químicas

• Vídeos

• Ejercicios

• Apéndice Materiales premiados CNICE páginas Web
  Reacciones Químicas

3
Procesos Físicos y Químicos
En la naturaleza se producen gran variedad de
cambios, como la dilatación de un metal, los
cambios de estado del agua, la oxidación de
algunos metales, el movimiento de los coches, ...

• Procesos o cambios físicos

• Procesos o cambios químicos.
• Reacciones químicas

Las sustancias mantienen su naturaleza y sus
propiedades esenciales, es decir, siguen siendo
las mismas sustancias.
Las sustancias cambian su naturaleza, se
transforman en otras distintas, que tienen
propiedades diferentes.
La mantequilla, al derretirse, sigue siendo
mantequilla.
El balón de fútbol en movimiento sigue siendo un
balón.
La herrumbre que se forma en la viga es una
sustancia distinta al hierro.
En la fotosíntesis, las plantas producen oxígeno
y nutrientes a partir de dióxido de carbono y
agua.
La ceniza que se crea en la hoguera es una
sustancia distinta a la madera.
La botella rota sigue siendo de vidrio.
Reacción entre la sacarosa y el clorato potásico
Ebullición de nitrógeno
Cuando se vierte nitrógeno líquido, este hierve
vivamente al adquirir la temperatura ambiente.
La sacarosa (azúcar de mesa) reacciona con
clorato de potasio formando nuevas sustancias,
como esta extraña masa de carbono.
4
Reacciones Químicas

• Las reacciones químicas son cambios químicos, en
  ellas unas sustancias desaparecen y se
  transforman en otras distintas.

Por ejemplo, al arder metano (CH4) con oxígeno
(O2) se forma dióxido de carbono (CO2) y agua
(H2O) , sustancias distintas a las anteriores.
A los componentes que entran en reacción se les
llama reactivos y a los obtenidos productos.
5
Ecuaciones Químicas

• Una ecuación química es la representación escrita
  y abreviada de una reacción química.
• A la izquierda se escriben las fórmulas de los
  reactivos (sustancias reaccionantes)
• A la derecha se escriben las fórmulas de los
  productos (sustancias resultantes)
• Separadas por una flecha.
• También pueden contener información sobre el
  estado físico de las sustancias y sobre las
  condiciones de la reacción.

Ejemplo Descomposición carbonato de calcio
?
CaCO3
CaO CO2
6
Ecuaciones Químicas

• Las ecuaciones tienen que estar ajustadas
  (igualadas, balanceadas), es decir, tiene que
  haber el mismo número de átomos de cada elemento
  a ambos lados de la flecha. Se utilizan entonces,
  coeficientes estequiométricos, que son números
  que se colocan delante de las fórmulas de
  reactivos y productos.

Ejemplo Combustión de etanol
7
Ecuaciones Químicas
Ejemplo Combustión de trietilenglicol
Ecuación Química
C6H14O4 O2 ? CO2 H2O
6
6 7
1. Ajustar C.
2. Ajustar H.
3. Ajustar O.
4. Multiplicar por dos
2 C6H14O4 15 O2 ? 12 CO2 14 H2O
Comprobar todos los elementos.
8
Ecuaciones Químicas
Ejemplo Reacción del aluminio con ácido
clorhídrico
Ecuación química
Ajuste de la ecuación
Al HCl ? AlCl3 H2
Ejemplo Combustión pentano
Ejemplo Reacción de monóxido de nitrógeno con
oxígeno
9
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición

• Una reacción química supone la ruptura de ciertos
  enlaces de las moléculas de reactivos y la
  formación de otros nuevos, para dar lugar a las
  moléculas de productos.

Ejemplo Formación de cloruro de sodio
Cuando se introduce un trozo de sodio caliente en
el interior de un frasco que contiene gas cloro,
se produce una violenta reacción en la que se
forma una sustancia nueva, el cloruro de
sodio. Esta reacción se puede expresar así
10
(No Transcript)
11
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición
Todas las reacciones químicas pasan por un estado
de transición de máxima energía, denominado
complejo activado (complejo de transición) que es
un agregado constituido por las moléculas
reaccionantes y en el que algunos de los enlaces
primitivos se han relajado (o incluso roto) y se
han empezado a formar nuevos enlaces. Es un
estado intermedio, de transición, en una reacción
química que posee gran energía, tiene acumulada
toda la energía cinética de las moléculas
reaccionantes y por ello es muy inestable y se
descompone inmediatamente originando los
productos de reacción.
Ejemplo Formación de cloruro de hidrógeno
12
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición
Ejemplo CO NO2 ?CO2 NO
13
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición
14
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición

• Para que se forme el complejo activado, es
  necesario que las moléculas choquen.
• Pero puede ocurrir que dos moléculas choquen
  entre sí y no se produzca reacción alguna,
  entonces se dice que el choque no es eficaz o
  efectivo.
• Para que un choque entre moléculas sea eficaz o
  efectivo es necesario que cumpla dos condiciones
• Que las moléculas tengan energía cinética
  suficiente para romper o debilitar adecuadamente
  sus enlaces, es decir, para poder formar el
  complejo activado. Estas moléculas se llaman
  activadas.
• La energía cinética de las moléculas, aumenta al
  hacerlo la temperatura.
• Se denomina energía de activación a la energía
  que necesitan los reactivos para que puedan
  formar el complejo activado, es decir para que la
  reacción se produzca. Es la diferencia entre la
  energía del complejo activado y la suma de las
  entalpías de los reactivos.
• Que las moléculas al chocar lo hagan con la
  orientación adecuada para que se puedan romper
  los enlaces moleculares.
• Cuando se cumplen estas condiciones se verifica
  la reacción entre las moléculas.

Simulador choques
15
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición
Choque eficaz. Las moléculas chocan con la
orientación adecuada
Choque no eficaz. Las moléculas, al chocar, no
tienen la orientación adecuada
16
Teoría de las Reacciones QuímicasTeoría de las
colisiones. Estado de transición
17
Velocidad de las Reacciones Químicas

• La velocidad de una reacción es la cantidad de
  sustancia formada o transformada por unidad de
  tiempo
• No todas las reacciones transcurren con la misma
  velocidad. Algunas reacciones químicas se
  producen de forma casi instantánea y otras
  trascurren lentamente.
• Por ejemplo, las explosiones y detonaciones son
  tan rápidas que resulta muy difícil medir su
  velocidad, sin embargo, el cemento necesita
  varios días para fraguar, es decir, para
  endurecer, es una reacción lenta.

• La velocidad de una reacción depende de
• La energía de activación de la reacción si la
  energía de activación es alta la reacción será
  lenta y si es baja la reacción será rápida.
• El número de choques eficaces entre las
  partículas que reaccionan (átomos, moléculas o
  iones) cuanto mayor sea el número de choques
  eficaces mayor será la velocidad de reacción.

18
Velocidad de las Reacciones Químicas

• Los factores que determinan la velocidad de
  reacción son
• La naturaleza de los reactivos determina cuál
  será la energía de activación de cada reacción.
• La concentración de los reactivos la velocidad
  de una reacción aumenta con la concentración de
  los reactivos ya que aumenta el número de
  choques.
• Para aumentar la concentración de un gas es
  necesario aumentar su presión. Para aumentar la
  concentración de una disolución habrá que
  aumentar la cantidad de soluto.
• El estado físico de los reactivos las reacciones
  entre gases y entre sustancias en disolución
  serán las más rápidas, pues las partículas se
  muevan con mayor libertad y velocidad,
  produciéndose un mayor número de colisiones entre
  ellas. Las reacciones de los sólidos con líquidos
  o gases no son generalmente muy rápidas, pero si
  el sólido está triturado o pulverizado, aumenta
  la velocidad de reacción, porque al aumentar la
  superficie de contacto entre del sólido con el
  líquido o el gas, también aumenta el número de
  choques.
• La temperatura la velocidad de reacción aumenta
  con la temperatura. Al aumentar temperatura,
  aumenta la energía cinética de las partículas
  (aumenta la velocidad con que se mueven), con lo
  que la probabilidad de que se produzcan choques
  eficaces es mayor.
• Los catalizadores son sustancias distintas de
  los reactivos y productos que modifican la
  velocidad de una reacción, recuperándose
  íntegramente cuando la reacción finaliza.
• Los catalizadores hacen que la reacción
  transcurra por un camino diferente en que la
  energía de activación sea otra. Pueden disminuir
  la energía de activación, entonces la velocidad
  de la reacción aumenta, se llaman catalizadores
  positivos o pueden aumentar la energía de
  activación, entonces la velocidad de la reacción
  disminuye, se llaman catalizadores negativos.

19
Energía en las Reacciones Químicas

• En las reacciones químicas se producen
  transformaciones de energía, además de materia.
• La energía interna de una sustancia es la suma de
  todas las energías de esa sustancia, debida a las
  posiciones y los movimientos de las partículas
  subatómicas, de los átomos y de las moléculas que
  la constituyen, y a las uniones de los átomos.
• En todas las reacciones químicas se produce una
  variación en la energía interna de las sustancias
  que intervienen. En el estado inicial los
  reactivos tienen una energía interna y en el
  estado final los productos tienen otra. La
  diferencia de energía entre ambos estados se
  absorbe (reacciones endoenergéticas) o se
  desprende en la reacción (reacciones
  exoenergéticas), Si el sistema químico disminuye
  su energía, la comunica al medio ambiente, y si
  la aumenta, es porque la ha absorbido de él.
• Atendiendo al intercambio de energía en forma de
  calor con el exterior, las reacciones se
  clasifican en
• Exotérmicas desprenden energía en forma de
  calor.
• Ejemplo Combustión de metano CH4 2 O2 ?
  CO2 2 H2O 890 kJ
• La ecuación termoquímica indica que por cada mol
  de metano (16 g) quemado se liberan 890 kJ.
• Endotérmicas absorben energía en forma de calor.
• Ejemplo Descomposición de óxido de mercurio 2
  HgO 181 kJ ? 2 Hg O2
• La ecuación termoquímica indica que por cada dos
  moles de óxido de mercurio que se descomponen se
  absorben del medio 181 kJ

20
Quimioluminiscencia Algunas reacciones químicas
exoenergéticas emiten en energía en forma de
radiación luminosa.
ÍNDICE
21
Energía en las Reacciones Químicas
Se denomina entalpía de reacción (?H) al calor
absorbido o desprendido en una reacción química a
presión constante. Es la diferencia entre la
suma de las entalpías de los productos y la suma
de las entalpías de los reactivos ?Hproductos -
?Hreactivos.

• Reacción endotérmica Absorbe calor
• ?Hproductos gt ?Hreactivos

Reacción exotérmica Desprende calor ?Hproductos
lt ?Hreactivos
22
Energía en las Reacciones Químicas
La reacción entre sulfocianuro amónico e
hidróxido de bario octahidratado es una reacción
endotérmica. Absorbe una cantidad de calor del
exterior del recipiente que produce la
congelación del vapor de agua del aire. En una
reacción endotérmica, la energía se absorbe en
forma de calor.
Al calentar la termita se produce una reacción
fuertemente exotérmica. El aluminio reacciona con
óxido de hierro (III), produciendo una lluvia de
chispas de hierro fundido. En una reacción
exotérmica, la energía se pierde en forma de
calor, la cantidad de calor perdida depende de la
cantidad de reactivos disponible.
23
Energía en las Reacciones Químicas
Diagramas entálpicos (Diagramas de energía)

• Reacción endotérmica Absorbe calor
• ?Hproductos gt ?Hreactivos

Reacción exotérmica Desprende calor ?Hproductos
lt ?Hreactivos
24
Energía en las Reacciones Químicas
Diagramas entálpicos (Diagramas de energía)
25
Carácter cuantitativo de las Reacciones Químicas

• Ley de conservación de la masa. Ley de Lavoisier
  (1743-1794)
• En toda reacción química la masa total de las
  sustancias que reaccionan (reactivos) es igual a
  la masa total de las sustancias que se obtienen
  (productos).

Ejemplo Conservación de la masa en la reacción
química entre el nitrato de plomo y el yoduro de
potasio 2 IK
Pb(NO3)2 PbI2 2
KNO3
Se prepara una disolución de nitrato de plomo en
un vaso y otra de yoduro de potasio en otro. Se
colocan en una balanza y se comprueba que entre
las dos pesan 13,21g. Después se mezclan,
observando que aparece una sustancia nueva
(precipitado amarillo) el yoduro de plomo.
Nuevamente se colocan en la balanza y se
comprueba que pesan 13,21 g. La masa no ha
variado en el transcurso de la reacción.
Ejemplos Conservación de la masa en la reacción
entre el azufre y el hierro S Fe
FeS
Conservación de la masa en la reacción entre el
fósforo y el cloro 2 P 5 Cl2 2 PbCl5
26
Carácter cuantitativo de las Reacciones Químicas
Carácter cuantitativo de las reacciones
químicas Puesto que en una ecuación química debe
conservarse la masa y la carga, la ecuación
química adquiere de este modo las características
de una ecuación matemática. Una ecuación química
no sólo indica las sustancias que se producen al
reaccionar unas con otras, sino que también
informa sobre las cantidades de estas sustancias.
Es decir, es una expresión tanto cuantitativa,
como cualitativa de una reacción química.
Ejemplo Reacción de formación de agua 2 H2
O2 ? 2 H2O Una ecuación química puede
interpretarse tanto sobre una base molecular como
molar. Al reaccionar dos moléculas de hidrógeno
con una molécula de oxígeno, se forman dos
moléculas de agua. Al reaccionar dos moles de
hidrógeno con un mol de oxígeno, se forman dos
moles de agua.
Relaciones Estequiométricas
27
Carácter cuantitativo de las Reacciones Químicas
Carácter cuantitativo de las reacciones químicas
Ejemplo Reacción de formación de NO N2 O2
? 2 NO Al reaccionar una molécula de nitrógeno
con una molécula de oxígeno, se forman dos
moléculas de NO. Al reaccionar un mol de
nitrógeno con un mol de oxígeno, se forman dos
moles de NO.
28
Carácter cuantitativo de las Reacciones Químicas
Cálculos basados en ecuaciones químicas Las
ecuaciones químicas nos suministran la
información necesaria para calcular cantidades de
sustancias consumidas o producidas en las
reacciones químicas. Para efectuar cálculos sobre
una reacción, además de tenerla ajustada, ha de
conocerse al menos la cantidad de una de las
sustancias que intervienen en la reacción. Así
pueden calcularse las cantidades, producidas o
consumidas, de las demás sustancias.
Relaciones Estequiométricas
29
Tipos de Reacciones Químicas
Tipos de Reacciones Químicas
30
Tipos de Reacciones Químicas

• Según la reorganización de los átomos

• Síntesis o combinación

• Descomposición

• Desplazamiento o sustitución

• Doble descomposición o intercambio

• Según el mecanismo

• Reacciones ácido-base. Neutralización

• Reacciones de precipitación

• Reacciones de oxidación-reducción

• Reacciones de combustión

31
Tipos de Reacciones según la Reorganización de
los Átomos
ÍNDICE Tipos reacciones

• Síntesis o combinación Dos o más sustancias
  reaccionan para dar otra más compleja. A B ?
  AB
• Las reacciones entre dos no metales dan
  compuestos covalentes
• N2 3 H2 ? 2 NH3
• Las reacciones entre un no metal y un metal dan
  sales
• S Fe ? FeS
• Las reacciones entre un elemento y oxígeno
  producen óxidos
• 2 Ca O2 ? 2 CaO S O2 ? SO2
• Las reacciones entre un óxido y agua producen
  hidróxidos
• CaO H2O ? Ca(OH)2
• Las reacciones entre un anhídrido y agua producen
  ácidos
• SO2 H2O ? H2SO3
• Las reacciones entre un óxido y un anhídrido dan
  sales
• CaO SO2 ? CaSO3

32
Tipos de Reacciones según la Reorganización de
los Átomos
ÍNDICE Tipos reacciones

• Síntesis o combinación

33
Tipos de Reacciones según la Reorganización de
los Átomos
ÍNDICE Tipos reacciones

• Descomposición Una sustancia se descompone
  formando dos o más simples. AB ? A B
• 2 KClO3 ? 2 KCl 3 O2
• Desplazamiento o sustitución Uno de los
  elementos de un compuesto es sustituido por otro
  elemento. AB X ? AX B
• Algunos metales reaccionan con ciertos ácidos,
  reemplazando el hidrógeno y formando la sal
  correspondiente
• Zn H2SO4 ? ZnSO4 H2
• Un metal puede ser desplazado de sus sales por
  otro metal más activo
• Zn CuSO4 ? ZnSO4 Cu
• Doble descomposición o intercambio Equivalen a
  una doble sustitución. AB XY ? AX BY
• ácido base ? sal agua
• HCl NaOH ? NaCl H2O

34
Tipos de Reacciones según la Reorganización de
los Átomos
ÍNDICE Tipos reacciones

• Desplazamiento o sustitución

35
Tipos de Reacciones según el Mecanismo
ÍNDICE Tipos reacciones

• Ácido-base. Neutralizaciones
• Un ácido reacciona con una base dando lugar a la
  formación de una sal y agua. En la reacción
  desaparecen simultáneamente las propiedades de
  ambos.

Ejemplo Neutralización del hidróxido de sodio
con el ácido clorhídrico
Los iones Cl- y Na están presentes en la
reacción pero no intervienen en ella, se les
llama contraiones o iones espectadores.
La neutralización consiste en la reacción entre
los iones H de los ácidos y los iones OH- de las
bases para dar moléculas de agua H OH- ?
H2O Las propiedades del ácido, debidas al ion
H, quedan "neutralizadas" o anuladas por las del
ion OH- y viceversa.
36
Tipos de Reacciones según el Mecanismo
ÍNDICE Tipos reacciones

• Precipitación
• Una reacción de precipitación consiste en la
  formación de un compuesto insoluble, que recibe
  el nombre de precipitado cuando se mezclan dos
  disoluciones.

La aparición de un precipitado está relaciona con
la diferencia de solubilidad que presentan los
reactivos y los productos de la reacción.
Ejemplo Al reaccionar nitrato de plata con
yoduro de potasio, se obtiene un precipitado de
yoduro de plata.
Los iones nitrato y potasio permanecen el la
disolución, sin intervenir en la reacción
37
Tipos de Reacciones según el Mecanismo
ÍNDICE Tipos reacciones

• Oxidación-Reducción (Redox)
• Consiste en la transferencia de electrones de
  una especie química, llamada agente reductor, a
  otra, llamada agente oxidante.

Ejemplo Cuando se introduce magnesio metálico en
una disolución de sulfato de cobre, se produce
una transferencia de electrones del magnesio a
los iones cobre (II), formándose cobre metálico y
iones magnesio (II) que pasan a formar parte de
la disolución.
Reducción Cu 2 2 e ? Cu Oxidación
Mg ? Mg 2 2 e Cu 2
Mg ? Cu Mg 2
Ejemplo
Reducción Ag e ? Ag Oxidación Cu
? Cu 2 2 e Ag Cu ?
Ag Cu 2
38
Tipos de Reacciones según el Mecanismo
ÍNDICE Tipos reacciones

• Combustión
• Es la reacción de una sustancia, llamada
  combustible, con oxígeno, al que se le llama
  comburente, en la reacción se forman dióxido de
  carbono y agua y se desprende gran cantidad de
  energía en forma de luz y calor

Ejemplo Combustión de propano C3H8 5 O2
? 3 CO2 4 H2O
39
VIDEOS
?

• Reacción química y disolución

• Reacciones con oxígeno

• Formación cloruro de hidrógeno

Reacción de sodio con agua

• Reacción de sodio y potasio con agua

• Formación amoniaco

• Formación de bromuro de aluminio

Formación yoduro de hidrógeno

• Formación yoduro de hidrógeno

• Síntesis de Nylon

• Deshidratación de azúcar con ácido sulfúrico

Formación bromuro de aluminio

• Bicarbonato con vinagre

• Con ojo químico (SM 16)

40
EJERCICIOS

• Cambios químicos o físicos

• Reactivos y productos

• Ajuste de ecuaciones (1)

• Ajuste de ecuaciones (2)

• Ajuste de ecuaciones (3)

• Tipos de reacciones químicas

41
APÉNDICE
fin
fin
42
Apéndice
Materiales premiados CNICE Las Reacciones
Químicas
http//concurso.cnice.mec.es/cnice2005/35_las_reac
ciones_quimicas/curso/index.html