En el estudio y manejo de las reacciones químicas lo que cuenta son las relaciones numéricas que se dan entre los distintos compuestos químicos que intervienen, siendo estas relaciones lo que se conoce como estequiometría. Sin embargo, en la práctica es imposible contar tanto átomos como moléculas individuales, y sólo se puede usar la masa de cada sustancia implicada en la reacción. Por ello se emplea el concepto de mol, para poder «contar» sustancias a través de sus respectivas masas y saber en que relación numérica se encuentran.
Las reacciones químicas. Estequiometría
La reacción química es el proceso por el que una o más sustancias, denominadas reactivos, se transforman en otras, llamadas productos. Para representarla se usa la ecuación química, en la parte izquierda se
colocan los reactivos separados por el símbolo “+” y en la derecha los productos, también separados por el símbolo “+”; ambas partes se conectan mediante una flecha que además indica el sentido de la reacción.
Para ser correcta, la ecuación química debe cumplir la ley de la conservación de la materia; porque en una reacción química no se crea ni se destruye materia, y en consecuencia a ambos lados de la ecuación el número de átomos de cada elemento debe ser el mismo. Cuando se cumple esta condición se dice que la ecuación está ajustada, balanceada o equilibrada.
Para poder ajustar y manejar las reacciones químicas se introduce la estequiometría, que trata de las relaciones numéricas que guardan entre sí los reactivos consumidos y los productos formados, en función de las respectivas cantidades de sustancia (moles) y no de sus masas. Estas relaciones numéricas son los coeficientes estequiométricos y se colocan delante de la fórmula química, si el coeficiente es “uno” se omite; así mismo el coeficiente puede ser un número entero o una fracción.
Ajuste de una reacción química
Aunque para encontrar los coeficientes estequiométricos de una ecuación química se prueban números enteros aleatoriamente, existen algunas reglas para agilizar la búsqueda.
1º Ajustar los átomos de aquellos elementos que sólo aparecen en un compuesto en cada lado de la reacción.
2º Ajustar los elementos en que aparecen más de una vez en al menos una parte de la reacción.
3º Aquellos iones (NO3-, SO4-, CO3+2 etc…) que no se modifican, al realizar el balanceo de la ecuación química, se deben considerar como si fueran una unidad.
Tutorial de ajuste de una ecuación química.
Reacción de combustión del benceno (C6H6).
Ecuación sin ajustar :: C6H6 + O2 → CO2 + H2O
Objetivo: hallar los coeficientes estequiométricos.
1º Ajustar el elemento carbono C porque solo se encuentra en un compuesto en cada parte de la reacción. Entonces si hay 6 átomos de carbono en el benceno, deben haber también 6 átomos la parte de los productos.
C6H6 + O2 → 6·CO2 + H2O
2º Ajustar el elemento hidrógeno H, también se encuentra en un compuesto en cada parte de la reacción. Del paso anterior ya tenemos marcados 6 átomos de H provenientes del benceno, por lo que ahora se ajustarán en la parte de los productos.
C6H6 + O2 → 6·CO2 + 3·H2O
3º Ajustar el elemento oxígeno O, tenemos que en la parte de los productos ya hay 15 átomos de oxígeno y sólo 2 en la molécula de oxígeno, por lo que se ajustará el coeficiente de la molécula de O2. En este paso la ecuación ya quedará balanceada o equilibrada:
C6H6 + 15/2·O2 → 6·CO2 + 3·H2O
4º Operación opcional. Por si se quieren eliminar los coeficientes expresados en forma de fracción. En caso se multiplican todos los coeficientes estequiométricos por 2 por ser el denominador común. La ecuación quedaría finalmente así:
2·C6H6 + 15·O2 → 12·CO2 + 6·H2O
Ecuaciones químicas. Información adicional de las reacciones químicas
En una reacción no siempre todos los compuestos se encuentran en el mismo estado físico, por lo que es útil incluir esta información mediante símbolos entre paréntesis a continuación del compuesto.
(s) sólido, (l) líquido, (g) gas, (ac) si el compuesto está disuelto en agua.
A veces es necesario mostrar las condiciones precisas para que produzca la reacción. Estos datos se pueden poner encima o debajo de la flecha.
Δ: indica que se necesita aplicar calor.
T: temperatura a la que se da la reacción.
P: presión a la que se da la reacción.
Catalizador: sustancia que interviene en la reacción para acelerarla, pero ni se consume ni se modifica. Ejemplos.
Criterios básicos de reactividad química
Según las propiedades químicas y físicas de las sustancias existen unas reglas sencillas que indican qué productos se formarán en una reacción a partir de unos reactivos dados.
– Reacción de combinación: 2 o más reactivos se combinan para formar un sólo compuesto.
A + B → AB
Por ejemplo la reacción entre un metal y no-metal para formar un compuesto iónico.
Fe (s) + S (s) → FeS (s), fórmula química del mineral pirita.
– Reacción de descomposición: a partir de un único reactivo se forman varios productos, es la reacción contraria a la de combinación o síntesis. Existen procesos químicos como la electrólisis, la descomposición térmica o la hidrólisis que se basan en este tipo de reacción.
AB → A + B
Ejemplos.
2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g) descomposición del agua por electrólisis.
MgCO3 (l) → CO2 (g) + MgO (s) descomposición térmica del carbonato de magnesio
2·NH4NO3 → 2·N2 (g) + O2 (g) + 4·H2O (g) descomposición térmica del nitrato de amonio
NaCl (ac) → Na+ (ac)+ Cl- (ac) descomposición por hidrólisis de la sal común al disolverse en agua
– Reacción de combustión: son reacciones de formación de dióxido de carbono y vapor de agua y gran desprendimiento de calor, a partir de compuestos orgánicos formados por carbono, hidrógeno y según el caso por oxígeno. Ejemplos
Comp. orgánico + O2 (g) suficiente → X·CO2 (g) + Y·H2O (g)
C3H8 (g) propano + 5·O2(g) → 3·CO2 (g) + 4·H2O (g)
C2H6O(g) etanol + 7/2·O2(g) → 2·CO2 (g) + 3·H2O (g)
– Reacciones de oxidación: reacciones que se dan entre un metal y oxígeno O2. Ejemplos.
4·Fe (s) + 3·O2(g) → 2Fe2O3 (s), reacción clásica de oxidación del hierro
2·Ca (s) + O2(g) → 2·CaO (s)
2·K (s) + 1/2·O2(g) → K2O (s)
