En el Universo todo está sometido a una evolución permanente. Desde los seres vivos hasta las montañas o las estrellas, todo obedece a una dinámica de cambio.
La razón de estas modificaciones continuas hay que buscarla en la delicada relación entre materia y energía, y en virtud de ello podemos clasificar todos los cambios que ocurren en la naturaleza en dos categorías:
-Los cambios físicos, que no implican una alteración en la naturaleza atómico-molecular de la materia, como en el caso de la dilatación del mercurio en un termómetro.
-Los cambios químicos que llevan implícita una transformación de la estructura atómico-molecular, como en el caso del fraguado del cemento o en la oxidación del hierro.
A veces, la distinción entre ambas categorías no siempre resulta evidente y los estudios de los fenómenos físicos y químicos se superponen con frecuencia, tal es la situación de la disolución del cloruro de hidrógeno en agua.
Los cambios químicos ocurren mediante la existencia de reacciones químicas, pudiéndose definir una reacción química como un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.
Una reacción muy estudiada es la que tiene lugar entre el yodo y el hidrógeno gaseoso para producir yoduro de hidrógeno, también en estado gaseoso, pudiéndose expresar la reacción química de la siguiente forma:
H2 + I2 —--- 2 Hl
Todas las especies que intervienen en la reacción son compuestos de naturaleza covalente, y la reacción consiste en un proceso de ruptura de unos enlaces y el establecimiento de otros nuevos. Para averiguar los enlaces rotos y formados, escribiremos la reacción mediante:
H-H + I-I —---- 2H-I
Los enlaces que se rompen son los de hidrógeno-hidrógeno (H—H) y yodo-yodo (I—I), para originar 2 moléculas de yoduro de hidrógeno, cada una de las cuales con un enlace hidrógeno-yodo (H—I).
LA ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
La humanidad ha utilizado desde el principio de su existencia reacciones químicas para producir energía. En primer lugar mediante la combustión de madera o de carbón, pasando por las que tienen lugar en los motores de explosión de los coches y llegando hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de propulsión de las naves espaciales.
Las reacciones químicas van acompañadas en unos casos de un desprendimiento y en otros de una absorción de energía, pero ¿de dónde procede esta energía?
Cada átomo y cada molécula de una sustancia posee una determinada energía química o energía interna característica, que depende de las energías cinética y potencial de las partículas constituyentes: átomos, electrones y núcleos. Por tanto, se puede afirmar que los reactivos de una reacción química poseen un determinado contenido energético propio (energía interna) y los productos otro diferente.
Si en una reacción química disminuye la energía interna del sistema, se desprende energía. Si, por el contrario, aumenta la energía interna, se absorbe energía.
La energía de una reacción es la energía que se pone en juego en la reacción y, por tanto, es igual al balance de energía interna entre los productos y los reactivos.
Si existe desprendimiento de energía, la reacción se denomina exoenergética y, por el contrario, si para que se efectúe la reacción, se requiere el aporte de energía, la reacción se llama endoenergética.
La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, etc, pero habitualmente se manifiesta en forma de calor, por lo que el calor desprendido o absorbido en una reacción química, se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción, en unas determinadas condiciones da presión y temperatura.
Las reacciones químicas pueden entonces clasificarse en: exotérmicas o endotérmicas, según se dé desprendimiento o absorción de calor.
jueves, 31 de diciembre de 2009
miércoles, 30 de diciembre de 2009
Electrólisis - Pilas - Leyes de Faraday
La Electroquímica comprende dos grandes campos:
• Uno de ellos estudia la producción de corriente eléctrica en base a reacciones químicas. (Ej. Pilas electroquímicas)
• El otro se refiere a la producción de fenómenos químicos por acción de la corriente eléctrica (Ej. Electrólisis).
Se podría decir que en las pilas electroquímicas la energía química se transforma en energía eléctrica y que mediante la electrólisis, en cambio, la energía eléctrica se transforma en energía química.
Si en un vaso de precipitado que contiene agua pura se introducen dos electrodos conectados a una fuente de corriente continua (una pila o una batería de acumuladores de automóvil) no se observa la producción de ningún cambio químico. Una lamparita intercalada en el circuito muestra que el sistema no circula corriente. Por eso decimos que el agua pura no es conductora de la corriente eléctrica.
Pero si se repite la experiencia con una solución acuosa de un ácido, una base o una sal, se observa que sí se produce el paso de la corriente ( la lamparita se enciende) y que simultáneamente se observa que en los alrededores de los electrodos se producen cambios( producción de un gas, formación de un depósito metálico o la corrosión o disolución de un electrodo). Decimos que se está produciendo una ELECTRÓLISIS y de allí provienen el nombre de electrolitos.
También pueden electrolizarse los ácidos, bases y sales fundidas (en estado líquido), decimos que los electrolitos fundidos o en solución acuosa conducen la corriente eléctrica. Todo esto fue posible gracias a Svante Arrhenius elaboró su teoría iónica (en 1903 se le concedió el Premio Nobel por esta teoría).
Según la teoría de Arrhenius, los ácidos son sustancias que en solución acuosa se disocian para liberar iones hidrógenos (H+).
Por ejemplo cuando se disuelve ácido clorhídrico en agua , forma iones hidrógeno como consecuencia de la disociación:
Ácido clorhídrico ........+agua...............ion hidrógeno + ion cloruro
En general, si representamos al ácido como HA, tendremos :
También en esta teoría las bases son sustancias que en solución acuosa se disocian y dan iones hidróxido (OH-)
La solución de hidróxido de calcio tiene iones hidróxidos :
Hidróxido de calcio -------- ion calcio + 2 iones hidróxidos
También podemos generalizar esta ecuación para las bases que las representamos como BOH y al disolverse en agua se disocian:
La neutralización es la reacción que ocurre entre los iones hidrógeno de un ácido y los iones hidróxidos de una base para dar agua , con la formación de una sal.
Arrhenius consideró las disociaciones como procesos reversibles, en los cuales se establece un equilibrio dinámico entre los iones y la especie no disociada. El grado de disociación depende de la concentración de una solución, cuanto más diluida, la distancia entre los iones es mayor, por lo cual el compuesto se encuentra más disociado.
Esta teoría presenta algunas limitaciones
Condiciona el comportamiento ácido o básico de las sustancias a la presencia de agua como solvente
Hoy sabemos que los iones hidrógeno no existen aislados sino que en solución acuosa se presentan como iones hidronio (H3O+)
No puede explicar casos como el del amoníaco que posee propiedades básicas a pesar de no tener grupos hidróxidos, o el del dióxido de carbono que tiene carácter ácido en solución a pesar de que en su estructura no posee iones hidrógenos
Por estas razones fue necesario ampliar esta teoría.
En qué consiste y a que se debe la electrólisis?
Durante este proceso, los iones son los responsables de la conducción de la corriente eléctrica. Por eso el agua pura no es conductora de la corriente eléctrica. Si se disuelve en agua un ácido , una base o una sal el agua interactúa con el electrolito separando los iones cuando estos ya están presente en la sustancia pura (por ej; sales e hidróxidos metálicos ) o dando lugar a su formación.
Los iones presentes hacen que la solución conduzca la electricidad y esa conducción se debe a la migración de los iones hacia los electrodos de carga opuesta. Los iones positivos (cationes) se dirigen hacia el cátodo (polo negativo) y los iones negativos (aniones) migran hacia el ánodo (polo positivo). Como el cátodo llegan electrones por el cable proveniente de la fuente de corriente eléctrica y del ánodo salen electrones, la conducción de la corriente eléctrica se hace posible mediante las reacciones anódica y catódica.
En la electrólisis del cloruro de sodio fundido , la sustancia que se obtiene en el cátodo de la cuba electrolítica es el sodio metálico, en el ánodo se desprende cloro (gas). Como los iones presentes en el sistema son ion sodio e ion cloruro las semireacciones producidas son:
En el cátodo : reducción
En el ánodo: oxidación
El proceso permite obtener sodio y cloro a partir de cloruro de sodio fundido. A la cuba electrolítica entran electrones por el cátodo y ellos son utilizados para neutralizar iones sodio en la reducción catódica. El ánodo de la cuba salen electrones provenientes de la oxidación anódica que da lugar al desprendimiento de cloro gas. Por eso es que el electrolito conduce la corriente eléctrica, ya que a él entran electrones en un cierto número por unidad de tiempo y de él salen simultáneamente electrones en igual número.
El sistema que contiene cloro y sodio es fuertemente exotérmico (desprende energía) La fem normal de la pila correspondiente es una consecuencia de este hecho. Mediante esa reacción podría transformarse energía química en energía eléctrica. La electrólisis del cloruro de sodio constituye el proceso inverso. Consume energía eléctrica parta hacer posible la reacciona representado por:
Ion sodio + ion cloruro ------ sodio + cloro (gas)
Se transforma así energía eléctrica en energía química
GENERADORES ELECTROQUIMICOS. PILAS
Una pila es un sistema capaz de transformar la energía de una reacción redox en energía eléctrica ; es un proceso inverso a la electrólisis.
Un buen ejemplo de este proceso puede observarse en la PILA DANIELL, en la que separadas por un tabique poroso (deja pasar los iones pero no mezcla las disoluciones), por un lado se pone en contacto una disolución de sulfato de cobre con una barrita de cobre ; y por otro una solución de sulfato de zinc con una barrita de zinc ; produciéndose la siguiente reacción :
CuSO4 + Zn -----------> ZnSO4 + Cu
con las semirreacciones redox :
Cu++ + 2 e-------> Cu0
Zn0 - 2 e- -------> Zn++
Esta reacción se realiza de modo que el flujo de electrones se realiza a través de un puente salino que pone en contacto las dos barritas metálicas, consiguiendo así un flujo detectable por un amperímetro.
LEYES DE FARADAY
En 1832 el inglés Michael Faraday (1791-1867) observó que los metales por lo general se depositan en el cátodo y relacionó la masa depositada con la cantidad de electricidad consumida, estableciendo una serie de principios, leyes, las cuales son muy importantes en procesos industriales (ej, preparación electrolítica de un metal a partir de su sal fundida)
PRIMERA LEY:
La masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula a través de la celda
m = E . Q = Eg / F I t
Donde:
• m es la masa,
• E es el equivalente electroquímico que resulta de dividir el equivalente químico, Eg por la contante de Faraday F,
• Q es la carga, que resulta de multiplicar la intensidad de corriente I por el tiempo transcurrido
• Constante de Faraday (F) : carga eléctrica contenida en un mol de electrones. Es aproximadamente igual a 96.500C (Coulomb)
• Carga eléctrica (Q) : cantidad de corriente, su valor es igual a la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido.
• Equivalente químico (equivalente gramo Eg): valor expresado en gramos que resulta de dividir la masa molar por el número de electrones involucrados en a hemireacción
• Intensidad de corriente (I) carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, unidad es el amperio A
SEGUNDA LEY
Si varias soluciones electrolíticas son atravesadas por la misma cantidad de electricidad, las masas de las sustancias depositadas o liberadas en los electrodos son proporcionales a sus equivalentes gramo
La expresión matemática es:
md Egd
----- = -------
ml Egl
Donde:
• md es la masa de sustancia depositada,
• Egd su equivalente gramo,
• ml masa de la sustancia liberada en el otro electrodo,
• Egl su equivalente gramo
LEYES DE FARADAY
En 1832 el inglés Michael Faraday (1791-1867) observó que los metales por lo general se depositan en el cátodo y relacionó la masa depositada con la cantidad de electricidad consumida, estableciendo una serie de principios, leyes, las cuales son muy importantes en procesos industriales (ej, preparación electrolítica de un metal a partir de su sal fundida)
PRIMERA LEY:
La masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula a través de la celda
m = E . Q = Eg / F I t
Donde:
m es la masa,
E es el equivalente electroquímico que resulta de dividir el equivalente químico, Eg por la contante de Faraday F,
Q es la carga, que resulta de multiplicar la intensidad de corriente I por el tiempo transcurrido
Constante de Faraday (F) : carga eléctrica contenida en un mol de electrones. Es aproximadamente igual a 96.500C (Coulomb)
Carga eléctrica (Q) : cantidad de corriente, su valor es igual a la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido.
Equivalente químico (equivalente gramo Eg): valor expresado en gramos que resulta de dividir la masa molar por el número de electrones involucrados en a hemireacción
Intensidad de corriente (I) carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, unidad es el amperio A
SEGUNDA LEY
Si varias soluciones electrolíticas son atravesadas por la misma cantidad de electricidad, las masas de las sustancias depositadas o liberadas en los electrodos son proporcionales a sus equivalentes gramo
La expresión matemática es:
md Egd
----- = -------
ml Egl
Donde:
md es la masa de sustancia depositada,
Egd su equivalente gramo,
• Uno de ellos estudia la producción de corriente eléctrica en base a reacciones químicas. (Ej. Pilas electroquímicas)
• El otro se refiere a la producción de fenómenos químicos por acción de la corriente eléctrica (Ej. Electrólisis).
Se podría decir que en las pilas electroquímicas la energía química se transforma en energía eléctrica y que mediante la electrólisis, en cambio, la energía eléctrica se transforma en energía química.
Si en un vaso de precipitado que contiene agua pura se introducen dos electrodos conectados a una fuente de corriente continua (una pila o una batería de acumuladores de automóvil) no se observa la producción de ningún cambio químico. Una lamparita intercalada en el circuito muestra que el sistema no circula corriente. Por eso decimos que el agua pura no es conductora de la corriente eléctrica.
Pero si se repite la experiencia con una solución acuosa de un ácido, una base o una sal, se observa que sí se produce el paso de la corriente ( la lamparita se enciende) y que simultáneamente se observa que en los alrededores de los electrodos se producen cambios( producción de un gas, formación de un depósito metálico o la corrosión o disolución de un electrodo). Decimos que se está produciendo una ELECTRÓLISIS y de allí provienen el nombre de electrolitos.
También pueden electrolizarse los ácidos, bases y sales fundidas (en estado líquido), decimos que los electrolitos fundidos o en solución acuosa conducen la corriente eléctrica. Todo esto fue posible gracias a Svante Arrhenius elaboró su teoría iónica (en 1903 se le concedió el Premio Nobel por esta teoría).
Según la teoría de Arrhenius, los ácidos son sustancias que en solución acuosa se disocian para liberar iones hidrógenos (H+).
Por ejemplo cuando se disuelve ácido clorhídrico en agua , forma iones hidrógeno como consecuencia de la disociación:
Ácido clorhídrico ........+agua...............ion hidrógeno + ion cloruro
En general, si representamos al ácido como HA, tendremos :
También en esta teoría las bases son sustancias que en solución acuosa se disocian y dan iones hidróxido (OH-)
La solución de hidróxido de calcio tiene iones hidróxidos :
Hidróxido de calcio -------- ion calcio + 2 iones hidróxidos
También podemos generalizar esta ecuación para las bases que las representamos como BOH y al disolverse en agua se disocian:
La neutralización es la reacción que ocurre entre los iones hidrógeno de un ácido y los iones hidróxidos de una base para dar agua , con la formación de una sal.
Arrhenius consideró las disociaciones como procesos reversibles, en los cuales se establece un equilibrio dinámico entre los iones y la especie no disociada. El grado de disociación depende de la concentración de una solución, cuanto más diluida, la distancia entre los iones es mayor, por lo cual el compuesto se encuentra más disociado.
Esta teoría presenta algunas limitaciones
Condiciona el comportamiento ácido o básico de las sustancias a la presencia de agua como solvente
Hoy sabemos que los iones hidrógeno no existen aislados sino que en solución acuosa se presentan como iones hidronio (H3O+)
No puede explicar casos como el del amoníaco que posee propiedades básicas a pesar de no tener grupos hidróxidos, o el del dióxido de carbono que tiene carácter ácido en solución a pesar de que en su estructura no posee iones hidrógenos
Por estas razones fue necesario ampliar esta teoría.
En qué consiste y a que se debe la electrólisis?
Durante este proceso, los iones son los responsables de la conducción de la corriente eléctrica. Por eso el agua pura no es conductora de la corriente eléctrica. Si se disuelve en agua un ácido , una base o una sal el agua interactúa con el electrolito separando los iones cuando estos ya están presente en la sustancia pura (por ej; sales e hidróxidos metálicos ) o dando lugar a su formación.
Los iones presentes hacen que la solución conduzca la electricidad y esa conducción se debe a la migración de los iones hacia los electrodos de carga opuesta. Los iones positivos (cationes) se dirigen hacia el cátodo (polo negativo) y los iones negativos (aniones) migran hacia el ánodo (polo positivo). Como el cátodo llegan electrones por el cable proveniente de la fuente de corriente eléctrica y del ánodo salen electrones, la conducción de la corriente eléctrica se hace posible mediante las reacciones anódica y catódica.
En la electrólisis del cloruro de sodio fundido , la sustancia que se obtiene en el cátodo de la cuba electrolítica es el sodio metálico, en el ánodo se desprende cloro (gas). Como los iones presentes en el sistema son ion sodio e ion cloruro las semireacciones producidas son:
En el cátodo : reducción
En el ánodo: oxidación
El proceso permite obtener sodio y cloro a partir de cloruro de sodio fundido. A la cuba electrolítica entran electrones por el cátodo y ellos son utilizados para neutralizar iones sodio en la reducción catódica. El ánodo de la cuba salen electrones provenientes de la oxidación anódica que da lugar al desprendimiento de cloro gas. Por eso es que el electrolito conduce la corriente eléctrica, ya que a él entran electrones en un cierto número por unidad de tiempo y de él salen simultáneamente electrones en igual número.
El sistema que contiene cloro y sodio es fuertemente exotérmico (desprende energía) La fem normal de la pila correspondiente es una consecuencia de este hecho. Mediante esa reacción podría transformarse energía química en energía eléctrica. La electrólisis del cloruro de sodio constituye el proceso inverso. Consume energía eléctrica parta hacer posible la reacciona representado por:
Ion sodio + ion cloruro ------ sodio + cloro (gas)
Se transforma así energía eléctrica en energía química
GENERADORES ELECTROQUIMICOS. PILAS
Una pila es un sistema capaz de transformar la energía de una reacción redox en energía eléctrica ; es un proceso inverso a la electrólisis.
Un buen ejemplo de este proceso puede observarse en la PILA DANIELL, en la que separadas por un tabique poroso (deja pasar los iones pero no mezcla las disoluciones), por un lado se pone en contacto una disolución de sulfato de cobre con una barrita de cobre ; y por otro una solución de sulfato de zinc con una barrita de zinc ; produciéndose la siguiente reacción :
CuSO4 + Zn -----------> ZnSO4 + Cu
con las semirreacciones redox :
Cu++ + 2 e-------> Cu0
Zn0 - 2 e- -------> Zn++
Esta reacción se realiza de modo que el flujo de electrones se realiza a través de un puente salino que pone en contacto las dos barritas metálicas, consiguiendo así un flujo detectable por un amperímetro.
LEYES DE FARADAY
En 1832 el inglés Michael Faraday (1791-1867) observó que los metales por lo general se depositan en el cátodo y relacionó la masa depositada con la cantidad de electricidad consumida, estableciendo una serie de principios, leyes, las cuales son muy importantes en procesos industriales (ej, preparación electrolítica de un metal a partir de su sal fundida)
PRIMERA LEY:
La masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula a través de la celda
m = E . Q = Eg / F I t
Donde:
• m es la masa,
• E es el equivalente electroquímico que resulta de dividir el equivalente químico, Eg por la contante de Faraday F,
• Q es la carga, que resulta de multiplicar la intensidad de corriente I por el tiempo transcurrido
• Constante de Faraday (F) : carga eléctrica contenida en un mol de electrones. Es aproximadamente igual a 96.500C (Coulomb)
• Carga eléctrica (Q) : cantidad de corriente, su valor es igual a la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido.
• Equivalente químico (equivalente gramo Eg): valor expresado en gramos que resulta de dividir la masa molar por el número de electrones involucrados en a hemireacción
• Intensidad de corriente (I) carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, unidad es el amperio A
SEGUNDA LEY
Si varias soluciones electrolíticas son atravesadas por la misma cantidad de electricidad, las masas de las sustancias depositadas o liberadas en los electrodos son proporcionales a sus equivalentes gramo
La expresión matemática es:
md Egd
----- = -------
ml Egl
Donde:
• md es la masa de sustancia depositada,
• Egd su equivalente gramo,
• ml masa de la sustancia liberada en el otro electrodo,
• Egl su equivalente gramo
LEYES DE FARADAY
En 1832 el inglés Michael Faraday (1791-1867) observó que los metales por lo general se depositan en el cátodo y relacionó la masa depositada con la cantidad de electricidad consumida, estableciendo una serie de principios, leyes, las cuales son muy importantes en procesos industriales (ej, preparación electrolítica de un metal a partir de su sal fundida)
PRIMERA LEY:
La masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula a través de la celda
m = E . Q = Eg / F I t
Donde:
m es la masa,
E es el equivalente electroquímico que resulta de dividir el equivalente químico, Eg por la contante de Faraday F,
Q es la carga, que resulta de multiplicar la intensidad de corriente I por el tiempo transcurrido
Constante de Faraday (F) : carga eléctrica contenida en un mol de electrones. Es aproximadamente igual a 96.500C (Coulomb)
Carga eléctrica (Q) : cantidad de corriente, su valor es igual a la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido.
Equivalente químico (equivalente gramo Eg): valor expresado en gramos que resulta de dividir la masa molar por el número de electrones involucrados en a hemireacción
Intensidad de corriente (I) carga que atraviesa la sección de un conductor en la unidad de tiempo, unidad es el amperio A
SEGUNDA LEY
Si varias soluciones electrolíticas son atravesadas por la misma cantidad de electricidad, las masas de las sustancias depositadas o liberadas en los electrodos son proporcionales a sus equivalentes gramo
La expresión matemática es:
md Egd
----- = -------
ml Egl
Donde:
md es la masa de sustancia depositada,
Egd su equivalente gramo,
miércoles, 16 de diciembre de 2009
Teoria de las colisiones
El modelo actual que explica cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, desarrollada por Lewis y otros químicos en la década de 1920. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen.
Dadas las dimensiones de los átomos, moléculas o iones, en una reacción química toman parte tal número de partículas que sería impensable un choque simultáneo (al mismo tiempo) y adecuado de todas las partículas de los reactivos.
En la formación del Hl, cada molécula de hidrógeno existente debe chocar con una sola de yodo para originar dos moléculas de yoduro de hidrógeno. De esta forma, para que puedan reaccionar las cantidades existentes de reactivos, toda reacción química requiere un tiempo, que se denomina tiempo de reacción.
Por otro lado, generalmente, no toda la masa de reactivos se transforma íntegramente en productos, porque no todos los choques que se verifican dan lugar a la ruptura de enlaces; puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso para que tenga lugar una reacción química los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes:
1.- Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos.
2.- Que el choque se verifique con una orientación adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable.
Por tanto, para que una reacción química tenga lugar, es necesario que los átomos, moléculas o iones existentes entren en contacto, es decir, choquen, y mediante la colisión, se rompan los enlaces de las sustancias reaccionantes y se establezcan los nuevos enlaces.
Según la primera condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación.
De esta forma, se puede imaginar que una reacción química transcurre por un cierto camino de reacción, parecido a la carrera de un atleta que debe efectuar un salto de pértiga. La altura de listón se asemeja a la barrera energética que constituye la energía de activación, y que debe superarse para que la reacción química tenga lugar.
No se deben confundir los conceptos energía de reacción con energía de activación, pues hacen referencia a aspectos distintos de una reacción química.
La energía de reacción proporciona el balance energético que acompaña a una reacción química, independientemente de cómo se verifique la reacción.
La energía de activación se refiere a la barrera energética que hay que vencer para que tenga lugar la reacción química.
Por ejemplo: La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica y pudiera parecer que, al ser el contenido energético de los productos menor que el de los reactivos, todas las reacciones exotérmicas deberían ocurrir de una forma espontánea. Pero, el papel no arde de forma espontánea en contacto con el oxígeno del aire. Todos sabemos que hace falta prender un fósforo para que el papel se queme.
De esta forma, el papel comienza a arder cuando la cerilla encendida comunica la energía de activación suficiente al papel y al oxígeno para iniciar la combustión.
Dadas las dimensiones de los átomos, moléculas o iones, en una reacción química toman parte tal número de partículas que sería impensable un choque simultáneo (al mismo tiempo) y adecuado de todas las partículas de los reactivos.
En la formación del Hl, cada molécula de hidrógeno existente debe chocar con una sola de yodo para originar dos moléculas de yoduro de hidrógeno. De esta forma, para que puedan reaccionar las cantidades existentes de reactivos, toda reacción química requiere un tiempo, que se denomina tiempo de reacción.
Por otro lado, generalmente, no toda la masa de reactivos se transforma íntegramente en productos, porque no todos los choques que se verifican dan lugar a la ruptura de enlaces; puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso para que tenga lugar una reacción química los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes:
1.- Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos.
2.- Que el choque se verifique con una orientación adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable.
Por tanto, para que una reacción química tenga lugar, es necesario que los átomos, moléculas o iones existentes entren en contacto, es decir, choquen, y mediante la colisión, se rompan los enlaces de las sustancias reaccionantes y se establezcan los nuevos enlaces.
Según la primera condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación.
De esta forma, se puede imaginar que una reacción química transcurre por un cierto camino de reacción, parecido a la carrera de un atleta que debe efectuar un salto de pértiga. La altura de listón se asemeja a la barrera energética que constituye la energía de activación, y que debe superarse para que la reacción química tenga lugar.
No se deben confundir los conceptos energía de reacción con energía de activación, pues hacen referencia a aspectos distintos de una reacción química.
La energía de reacción proporciona el balance energético que acompaña a una reacción química, independientemente de cómo se verifique la reacción.
La energía de activación se refiere a la barrera energética que hay que vencer para que tenga lugar la reacción química.
Por ejemplo: La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica y pudiera parecer que, al ser el contenido energético de los productos menor que el de los reactivos, todas las reacciones exotérmicas deberían ocurrir de una forma espontánea. Pero, el papel no arde de forma espontánea en contacto con el oxígeno del aire. Todos sabemos que hace falta prender un fósforo para que el papel se queme.
De esta forma, el papel comienza a arder cuando la cerilla encendida comunica la energía de activación suficiente al papel y al oxígeno para iniciar la combustión.
Reacciones reversibles
La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica que proporciona CO2 y vapor de H2O, como productos más significativos. A alguien se le podría ocurrir aprovechar la energía desprendida y regenerar el papel a partir de los productos obtenidos. Pero esto es imposible porque la energía desprendida se gasta en calentar el aire circundante, volviéndose inaprovechable. Por otro lado, los gases producidos (CO2 y vapor de H2O) se dispersan, imposibilitando las colisiones entre sus moléculas para formar de nuevo papel.
Otro ejemplo es el l carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o mármol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 0C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuación
1200ºC
CaCO3 CaO + CO2
Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja después enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio.
CaO + CO2 CaCO3
De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones reversibles y se presentan de la siguiente forma:
A ± B C + D
que quiere decir que el reactivo A reacciona con el B para dar los productos C más D.
Otro ejemplo es el l carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o mármol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 0C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuación
1200ºC
CaCO3 CaO + CO2
Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja después enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio.
CaO + CO2 CaCO3
De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones reversibles y se presentan de la siguiente forma:
A ± B C + D
que quiere decir que el reactivo A reacciona con el B para dar los productos C más D.
Tipos de reacciones
Existen diferentes tipos de reacciones químicas, una clasificación las agrupa en tres tipos:
• REACCIONES DE SÍNTESIS
Son las reacciones en la que unos reactivos se combinan para dar lugar a un nuevo producto. De forma genérica se pueden representar mediante:
A + B -- -> C donde el reactivo A se combina con el B para producir C.
• REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN
Dentro de estas reacciones existen dos clases de descomposiciones:
a) Descomposiciones simples
Este es un tipo de reacción química inverso al de síntesis, en donde una sustancia reaccionante se descompone en dos o más productos. Genericamente estas reacciones se pueden representar mediante:
A -> B ± C donde la sustancia A da origen a los productos B y C.
b) Descomposiciones mediante un reactivo
En este caso, para que se efectúe la descomposición de una sustancia, se requiere otro reactivo, y se pueden representar mediante:
AB + C — AC + BC
donde la sustancia AB es transformada mediante C en otras dos distintas, AC y BC.
• REACCIONES DE SUSTITUCIÓN O DESPLAMIENTO
En este tipo de reacciones un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto son desplazados por otro compuesto, y se pueden representar por:
AB + C —> AC + B
que indica que el compuesto de fórmula AB reacciona con C para formar el compuesto AC y dejar libre B.
También existen reacciones de doble sustitución: En estas reacciones se da un intercambio entre los elementos o grupos de elementos de las sustancias que intervienen en la reacción:
AB + CD ----------- AC ± BD
Por otra parte también se puede clasificar en:
a) Reacciones ácido-base:
La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización, y es una reacción de transferencia de protones.
Por ejemplo:
2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O
y se afirma que la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua.
b) Reacciones de oxidación-reducción:
En un principio se definió oxidación como toda reacción de combinación de cualquier sustancia con el oxígeno, y reducción como la reacción inversa, de pérdida de oxígeno de una sustancia.
Actualmente se considera que Oxidación es un proceso de pérdida de electrones y Reducción es el proceso inverso de ganancia de electrones.
Por ejemplo:
Cu —> Cu2+ ± 2 e es una oxidación
2 Ag+ + 2 e —> 2 Ag es una reducción
Ambos procesos no existen de forma independiente, de forma que todo proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Una reacción de oxidación-reducción es una reacción en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.
: Cu + 2 Ag+ —> Cu2+ + 2 Ag
Puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se podrá escribir dicha reacción de la siguiente forma:
Cu ± 2AgCl —> CuCl2 + 2Ag
• REACCIONES DE SÍNTESIS
Son las reacciones en la que unos reactivos se combinan para dar lugar a un nuevo producto. De forma genérica se pueden representar mediante:
A + B -- -> C donde el reactivo A se combina con el B para producir C.
• REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN
Dentro de estas reacciones existen dos clases de descomposiciones:
a) Descomposiciones simples
Este es un tipo de reacción química inverso al de síntesis, en donde una sustancia reaccionante se descompone en dos o más productos. Genericamente estas reacciones se pueden representar mediante:
A -> B ± C donde la sustancia A da origen a los productos B y C.
b) Descomposiciones mediante un reactivo
En este caso, para que se efectúe la descomposición de una sustancia, se requiere otro reactivo, y se pueden representar mediante:
AB + C — AC + BC
donde la sustancia AB es transformada mediante C en otras dos distintas, AC y BC.
• REACCIONES DE SUSTITUCIÓN O DESPLAMIENTO
En este tipo de reacciones un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto son desplazados por otro compuesto, y se pueden representar por:
AB + C —> AC + B
que indica que el compuesto de fórmula AB reacciona con C para formar el compuesto AC y dejar libre B.
También existen reacciones de doble sustitución: En estas reacciones se da un intercambio entre los elementos o grupos de elementos de las sustancias que intervienen en la reacción:
AB + CD ----------- AC ± BD
Por otra parte también se puede clasificar en:
a) Reacciones ácido-base:
La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización, y es una reacción de transferencia de protones.
Por ejemplo:
2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O
y se afirma que la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua.
b) Reacciones de oxidación-reducción:
En un principio se definió oxidación como toda reacción de combinación de cualquier sustancia con el oxígeno, y reducción como la reacción inversa, de pérdida de oxígeno de una sustancia.
Actualmente se considera que Oxidación es un proceso de pérdida de electrones y Reducción es el proceso inverso de ganancia de electrones.
Por ejemplo:
Cu —> Cu2+ ± 2 e es una oxidación
2 Ag+ + 2 e —> 2 Ag es una reducción
Ambos procesos no existen de forma independiente, de forma que todo proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Una reacción de oxidación-reducción es una reacción en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.
: Cu + 2 Ag+ —> Cu2+ + 2 Ag
Puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se podrá escribir dicha reacción de la siguiente forma:
Cu ± 2AgCl —> CuCl2 + 2Ag
Recciones oxido-reducción
CONCEPTO DE OXIDACION Y DE REDUCCION
Inicialmente se definió :
• OXIDACION : Ganancia de oxígeno. La sustancia que gana oxígenos se oxida, es reductor.
• REDUCCION : Pérdida de oxígeno. La sustancia que pierde oxígeno se reduce, es oxidante.
Pero se comprueba que existen numerosas reacciones en las que los compuestos se oxidan y reducen sin producirse una transferencia de oxígeno, por lo que actualmente se redefine :
• OXIDACION : Pérdida de electrones. La sustancia que pierde electrones se oxida, es reductor ( aumenta su número de oxidación).
• REDUCCION : Ganancia de electrones. La sustancia que gana electrones se reduce, es oxidante (disminuye su número de oxidación).
Los electrones no pueden quedar libres en una reacción, por lo que siempre que exista una sustancia que los libere, debe haber otra que los acepte ; todo oxidante debe estar enfrentado a un reductor.
Denominamos EQUIVALENTE REDOX a la cantidad de sustancia que gana o pierde un mol de electrones ; para calcularlo se divide la masa atómica o molecular ente el nº de electrones que gana o pierde en el proceso :
NÚMERO DE OXIDACION
Se define el número de oxidación de un átomo, en una especie dada, como la carga formal (no real) del átomo en dicha especie (molécula o ion) que resulta de aplicar los siguientes criterios :
• El nº de oxidación de los átomos de un elemento no combinado es (0).
• El nº de oxidación de los iones monoatómicos es la carga del ion.
• En los haluros, el nº de oxidación de los halógenos es (-1).
• El nº de oxidación de oxidación del hidrógeno es (+1) en todos los compuestos excepto en los hidruros metálicos, en los que tiene el valor (-1).
• El nº de oxidación del oxígeno es (-2), excepto en peróxidos , en los que toma el valor (-1).
• El nº de oxidación de los metales es, generalmente, positivo.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un ion debe ser igual a la carga del ion.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un compuesto debe ser igual a (0).
IGUALACIÓN DE REACCIONES REDOX.
Se trata de realizar los cálculos necesarios para determinar los valores de los coeficientes de todas y cada una de las sustancias que entran a formar parte de la reacción redox.
MÉTODO DEL NÚMERO DE OXIDACIÓN
Se escribe la reacción incompleta, omitiendo las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo.
Se observa la disminución y el aumento en los nº de oxidación de oxidante y reductor ; escribiendo las semirreacciones de los átomos cambiantes con su cambio electrónico correspondiente.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman ambas semirreacciones y se añade las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo necesarios para conseguir la reacción completa.
En algunas ocasiones será necesario ajustar por tanteo ciertos compuestos si la reacción no ha quedado totalmente ajustada.
MÉTODO DEL ION - ELECTRÓN.
Se consiguen los valores de los nº de oxidación de cada uno de los átomos para determinar oxidante y reductor.
Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción con los iones oxidante y reductor.
Se igualan los oxígenos :
• En medio ácido.- Añadiendo H2O al miembro que menos oxigeno tenga y ajustando los hidrógenos mediante la adición de H+ en el miembro contrario.
• En medio básico.- se añade H2O al miembro que más oxígenos tenga, y se ajusta en el otro con OH-.
Se realiza el ajuste de cargas en cada semirreacción mediante suma o resta de electrones.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman las dos semirreacciones obteniendo los coeficientes de la ecuación ajustada (En algunos casos se debe realizar un tanteo tras la comprobación).
Inicialmente se definió :
• OXIDACION : Ganancia de oxígeno. La sustancia que gana oxígenos se oxida, es reductor.
• REDUCCION : Pérdida de oxígeno. La sustancia que pierde oxígeno se reduce, es oxidante.
Pero se comprueba que existen numerosas reacciones en las que los compuestos se oxidan y reducen sin producirse una transferencia de oxígeno, por lo que actualmente se redefine :
• OXIDACION : Pérdida de electrones. La sustancia que pierde electrones se oxida, es reductor ( aumenta su número de oxidación).
• REDUCCION : Ganancia de electrones. La sustancia que gana electrones se reduce, es oxidante (disminuye su número de oxidación).
Los electrones no pueden quedar libres en una reacción, por lo que siempre que exista una sustancia que los libere, debe haber otra que los acepte ; todo oxidante debe estar enfrentado a un reductor.
Denominamos EQUIVALENTE REDOX a la cantidad de sustancia que gana o pierde un mol de electrones ; para calcularlo se divide la masa atómica o molecular ente el nº de electrones que gana o pierde en el proceso :
NÚMERO DE OXIDACION
Se define el número de oxidación de un átomo, en una especie dada, como la carga formal (no real) del átomo en dicha especie (molécula o ion) que resulta de aplicar los siguientes criterios :
• El nº de oxidación de los átomos de un elemento no combinado es (0).
• El nº de oxidación de los iones monoatómicos es la carga del ion.
• En los haluros, el nº de oxidación de los halógenos es (-1).
• El nº de oxidación de oxidación del hidrógeno es (+1) en todos los compuestos excepto en los hidruros metálicos, en los que tiene el valor (-1).
• El nº de oxidación del oxígeno es (-2), excepto en peróxidos , en los que toma el valor (-1).
• El nº de oxidación de los metales es, generalmente, positivo.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un ion debe ser igual a la carga del ion.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un compuesto debe ser igual a (0).
IGUALACIÓN DE REACCIONES REDOX.
Se trata de realizar los cálculos necesarios para determinar los valores de los coeficientes de todas y cada una de las sustancias que entran a formar parte de la reacción redox.
MÉTODO DEL NÚMERO DE OXIDACIÓN
Se escribe la reacción incompleta, omitiendo las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo.
Se observa la disminución y el aumento en los nº de oxidación de oxidante y reductor ; escribiendo las semirreacciones de los átomos cambiantes con su cambio electrónico correspondiente.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman ambas semirreacciones y se añade las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo necesarios para conseguir la reacción completa.
En algunas ocasiones será necesario ajustar por tanteo ciertos compuestos si la reacción no ha quedado totalmente ajustada.
MÉTODO DEL ION - ELECTRÓN.
Se consiguen los valores de los nº de oxidación de cada uno de los átomos para determinar oxidante y reductor.
Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción con los iones oxidante y reductor.
Se igualan los oxígenos :
• En medio ácido.- Añadiendo H2O al miembro que menos oxigeno tenga y ajustando los hidrógenos mediante la adición de H+ en el miembro contrario.
• En medio básico.- se añade H2O al miembro que más oxígenos tenga, y se ajusta en el otro con OH-.
Se realiza el ajuste de cargas en cada semirreacción mediante suma o resta de electrones.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman las dos semirreacciones obteniendo los coeficientes de la ecuación ajustada (En algunos casos se debe realizar un tanteo tras la comprobación).
Recciones oxido-reducción
CONCEPTO DE OXIDACION Y DE REDUCCION
Inicialmente se definió :
• OXIDACION : Ganancia de oxígeno. La sustancia que gana oxígenos se oxida, es reductor.
• REDUCCION : Pérdida de oxígeno. La sustancia que pierde oxígeno se reduce, es oxidante.
Pero se comprueba que existen numerosas reacciones en las que los compuestos se oxidan y reducen sin producirse una transferencia de oxígeno, por lo que actualmente se redefine :
• OXIDACION : Pérdida de electrones. La sustancia que pierde electrones se oxida, es reductor ( aumenta su número de oxidación).
• REDUCCION : Ganancia de electrones. La sustancia que gana electrones se reduce, es oxidante (disminuye su número de oxidación).
Los electrones no pueden quedar libres en una reacción, por lo que siempre que exista una sustancia que los libere, debe haber otra que los acepte ; todo oxidante debe estar enfrentado a un reductor.
Denominamos EQUIVALENTE REDOX a la cantidad de sustancia que gana o pierde un mol de electrones ; para calcularlo se divide la masa atómica o molecular ente el nº de electrones que gana o pierde en el proceso :
NÚMERO DE OXIDACION
Se define el número de oxidación de un átomo, en una especie dada, como la carga formal (no real) del átomo en dicha especie (molécula o ion) que resulta de aplicar los siguientes criterios :
• El nº de oxidación de los átomos de un elemento no combinado es (0).
• El nº de oxidación de los iones monoatómicos es la carga del ion.
• En los haluros, el nº de oxidación de los halógenos es (-1).
• El nº de oxidación de oxidación del hidrógeno es (+1) en todos los compuestos excepto en los hidruros metálicos, en los que tiene el valor (-1).
• El nº de oxidación del oxígeno es (-2), excepto en peróxidos , en los que toma el valor (-1).
• El nº de oxidación de los metales es, generalmente, positivo.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un ion debe ser igual a la carga del ion.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un compuesto debe ser igual a (0).
IGUALACIÓN DE REACCIONES REDOX.
Se trata de realizar los cálculos necesarios para determinar los valores de los coeficientes de todas y cada una de las sustancias que entran a formar parte de la reacción redox.
MÉTODO DEL NÚMERO DE OXIDACIÓN
Se escribe la reacción incompleta, omitiendo las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo.
Se observa la disminución y el aumento en los nº de oxidación de oxidante y reductor ; escribiendo las semirreacciones de los átomos cambiantes con su cambio electrónico correspondiente.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman ambas semirreacciones y se añade las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo necesarios para conseguir la reacción completa.
En algunas ocasiones será necesario ajustar por tanteo ciertos compuestos si la reacción no ha quedado totalmente ajustada.
MÉTODO DEL ION - ELECTRÓN.
Se consiguen los valores de los nº de oxidación de cada uno de los átomos para determinar oxidante y reductor.
Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción con los iones oxidante y reductor.
Se igualan los oxígenos :
• En medio ácido.- Añadiendo H2O al miembro que menos oxigeno tenga y ajustando los hidrógenos mediante la adición de H+ en el miembro contrario.
• En medio básico.- se añade H2O al miembro que más oxígenos tenga, y se ajusta en el otro con OH-.
Se realiza el ajuste de cargas en cada semirreacción mediante suma o resta de electrones.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman las dos semirreacciones obteniendo los coeficientes de la ecuación ajustada (En algunos casos se debe realizar un tanteo tras la comprobación).
Inicialmente se definió :
• OXIDACION : Ganancia de oxígeno. La sustancia que gana oxígenos se oxida, es reductor.
• REDUCCION : Pérdida de oxígeno. La sustancia que pierde oxígeno se reduce, es oxidante.
Pero se comprueba que existen numerosas reacciones en las que los compuestos se oxidan y reducen sin producirse una transferencia de oxígeno, por lo que actualmente se redefine :
• OXIDACION : Pérdida de electrones. La sustancia que pierde electrones se oxida, es reductor ( aumenta su número de oxidación).
• REDUCCION : Ganancia de electrones. La sustancia que gana electrones se reduce, es oxidante (disminuye su número de oxidación).
Los electrones no pueden quedar libres en una reacción, por lo que siempre que exista una sustancia que los libere, debe haber otra que los acepte ; todo oxidante debe estar enfrentado a un reductor.
Denominamos EQUIVALENTE REDOX a la cantidad de sustancia que gana o pierde un mol de electrones ; para calcularlo se divide la masa atómica o molecular ente el nº de electrones que gana o pierde en el proceso :
NÚMERO DE OXIDACION
Se define el número de oxidación de un átomo, en una especie dada, como la carga formal (no real) del átomo en dicha especie (molécula o ion) que resulta de aplicar los siguientes criterios :
• El nº de oxidación de los átomos de un elemento no combinado es (0).
• El nº de oxidación de los iones monoatómicos es la carga del ion.
• En los haluros, el nº de oxidación de los halógenos es (-1).
• El nº de oxidación de oxidación del hidrógeno es (+1) en todos los compuestos excepto en los hidruros metálicos, en los que tiene el valor (-1).
• El nº de oxidación del oxígeno es (-2), excepto en peróxidos , en los que toma el valor (-1).
• El nº de oxidación de los metales es, generalmente, positivo.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un ion debe ser igual a la carga del ion.
• La suma algebraica de los nº de oxidación de los átomos en un compuesto debe ser igual a (0).
IGUALACIÓN DE REACCIONES REDOX.
Se trata de realizar los cálculos necesarios para determinar los valores de los coeficientes de todas y cada una de las sustancias que entran a formar parte de la reacción redox.
MÉTODO DEL NÚMERO DE OXIDACIÓN
Se escribe la reacción incompleta, omitiendo las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo.
Se observa la disminución y el aumento en los nº de oxidación de oxidante y reductor ; escribiendo las semirreacciones de los átomos cambiantes con su cambio electrónico correspondiente.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman ambas semirreacciones y se añade las moléculas de agua y los iones hidrógeno e hidroxilo necesarios para conseguir la reacción completa.
En algunas ocasiones será necesario ajustar por tanteo ciertos compuestos si la reacción no ha quedado totalmente ajustada.
MÉTODO DEL ION - ELECTRÓN.
Se consiguen los valores de los nº de oxidación de cada uno de los átomos para determinar oxidante y reductor.
Se escriben las semirreacciones de oxidación y reducción con los iones oxidante y reductor.
Se igualan los oxígenos :
• En medio ácido.- Añadiendo H2O al miembro que menos oxigeno tenga y ajustando los hidrógenos mediante la adición de H+ en el miembro contrario.
• En medio básico.- se añade H2O al miembro que más oxígenos tenga, y se ajusta en el otro con OH-.
Se realiza el ajuste de cargas en cada semirreacción mediante suma o resta de electrones.
Se multiplica cada una de las semirreacciones por el coeficiente adecuado para que el cambio electrónico en ambas sea de la misma magnitud.
Se suman las dos semirreacciones obteniendo los coeficientes de la ecuación ajustada (En algunos casos se debe realizar un tanteo tras la comprobación).
En el Universo todo está sometido a una evolución permanente. Desde los seres vivos hasta las montañas o las estrellas, todo obedece a una dinámica de cambio.
La razón de estas modificaciones continuas hay que buscarla en la delicada relación entre materia y energía, y en virtud de ello podemos clasificar todos los cambios que ocurren en la naturaleza en dos categorías:
• Los cambios físicos, que no implican una alteración en la naturaleza atómico-molecular de la materia, como en el caso de la dilatación del mercurio en un termómetro.
• Los cambios químicos que llevan implícita una transformación de la estructura atómico-molecular, como en el caso del fraguado del cemento o en la oxidación del hierro.
A veces, la distinción entre ambas categorías no siempre resulta evidente y los estudios de los fenómenos físicos y químicos se superponen con frecuencia, tal es la situación de la disolución del cloruro de hidrógeno en agua.
Los cambios químicos ocurren mediante la existencia de reacciones químicas, pudiéndose definir una reacción química como un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.
Una reacción muy estudiada es la que tiene lugar entre el yodo y el hidrógeno gaseoso para producir yoduro de hidrógeno, también en estado gaseoso, pudiéndose expresar la reacción química de la siguiente forma:
H2 + I2 — 2 Hl
Todas las especies que intervienen en la reacción son compuestos de naturaleza covalente, y la reacción consiste en un proceso de ruptura de unos enlaces y el establecimiento de otros nuevos. Para averiguar los enlaces rotos y formados, escribiremos la reacción mediante:
H-H + I-I — 2H-I
Los enlaces que se rompen son los de hidrógeno-hidrógeno (H—H) y yodo-yodo (I—I), para originar 2 moléculas de yoduro de hidrógeno, cada una de las cuales con un enlace hidrógeno-yodo (H—I).
LA ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
La humanidad ha utilizado desde el principio de su existencia reacciones químicas para producir energía. En primer lugar mediante la combustión de madera o de carbón, pasando por las que tienen lugar en los motores de explosión de los coches y llegando hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de propulsión de las naves espaciales.
Las reacciones químicas van acompañadas en unos casos de un desprendimiento y en otros de una absorción de energía, pero ¿de dónde procede esta energía?
Cada átomo y cada molécula de una sustancia posee una determinada energía química o energía interna característica, que depende de las energías cinética y potencial de las partículas constituyentes: átomos, electrones y núcleos. Por tanto, se puede afirmar que los reactivos de una reacción química poseen un determinado contenido energético propio (energía interna) y los productos otro diferente.
Si en una reacción química disminuye la energía interna del sistema, se desprende energía. Si, por el contrario, aumenta la energía interna, se absorbe energía.
La energía de una reacción es la energía que se pone en juego en la reacción y, por tanto, es igual al balance de energía interna entre los productos y los reactivos.
Si existe desprendimiento de energía, la reacción se denomina exoenergética y, por el contrario, si para que se efectúe la reacción, se requiere el aporte de energía, la reacción se llama endoenergética.
La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, etc, pero habitualmente se manifiesta en forma de calor, por lo que el calor desprendido o absorbido en una reacción química, se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción, en unas determinadas condiciones da presión y temperatura.
Las reacciones químicas pueden entonces clasificarse en: exotérmicas o endotérmicas, según se dé desprendimiento o absorción de calor.
TEORÍA DE LAS COLISIONES
El modelo actual que explica cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, desarrollada por Lewis y otros químicos en la década de 1920. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen.
Dadas las dimensiones de los átomos, moléculas o iones, en una reacción química toman parte tal número de partículas que sería impensable un choque simultáneo (al mismo tiempo) y adecuado de todas las partículas de los reactivos.
En la formación del Hl, cada molécula de hidrógeno existente debe chocar con una sola de yodo para originar dos moléculas de yoduro de hidrógeno. De esta forma, para que puedan reaccionar las cantidades existentes de reactivos, toda reacción química requiere un tiempo, que se denomina tiempo de reacción.
Por otro lado, generalmente, no toda la masa de reactivos se transforma íntegramente en productos, porque no todos los choques que se verifican dan lugar a la ruptura de enlaces; puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso para que tenga lugar una reacción química los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes:
1.- Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos.
2.- Que el choque se verifique con una orientación adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable.
Por tanto, para que una reacción química tenga lugar, es necesario que los átomos, moléculas o iones existentes entren en contacto, es decir, choquen, y mediante la colisión, se rompan los enlaces de las sustancias reaccionantes y se establezcan los nuevos enlaces.
Según la primera condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación.
De esta forma, se puede imaginar que una reacción química transcurre por un cierto camino de reacción, parecido a la carrera de un atleta que debe efectuar un salto de pértiga. La altura de listón se asemeja a la barrera energética que constituye la energía de activación, y que debe superarse para que la reacción química tenga lugar.
No se deben confundir los conceptos energía de reacción con energía de activación, pues hacen referencia a aspectos distintos de una reacción química.
La energía de reacción proporciona el balance energético que acompaña a una reacción química, independientemente de cómo se verifique la reacción.
La energía de activación se refiere a la barrera energética que hay que vencer para que tenga lugar la reacción química.
Por ejemplo: La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica y pudiera parecer que, al ser el contenido energético de los productos menor que el de los reactivos, todas las reacciones exotérmicas deberían ocurrir de una forma espontánea. Pero, el papel no arde de forma espontánea en contacto con el oxígeno del aire. Todos sabemos que hace falta prender un fósforo para que el papel se queme.
De esta forma, el papel comienza a arder cuando la cerilla encendida comunica la energía de activación suficiente al papel y al oxígeno para iniciar la combustión.
REACCIONES REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica que proporciona CO2 y vapor de H2O, como productos más significativos. A alguien se le podría ocurrir aprovechar la energía desprendida y regenerar el papel a partir de los productos obtenidos. Pero esto es imposible porque la energía desprendida se gasta en calentar el aire circundante, volviéndose inaprovechable. Por otro lado, los gases producidos (CO2 y vapor de H2O) se dispersan, imposibilitando las colisiones entre sus moléculas para formar de nuevo papel.
Otro ejemplo es el l carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o mármol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 0C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuación
1200ºC
CaCO3 CaO + CO2
Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja después enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio.
CaO + CO2 CaCO3
De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones reversibles y se presentan de la siguiente forma:
A ± B C + D
que quiere decir que el reactivo A reacciona con el B para dar los productos C más D.
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
Existen diferentes tipos de reacciones químicas, una clasificación las agrupa en tres tipos:
• REACCIONES DE SÍNTESIS
Son las reacciones en la que unos reactivos se combinan para dar lugar a un nuevo producto. De forma genérica se pueden representar mediante:
A + B -- -> C donde el reactivo A se combina con el B para producir C.
• REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN
Dentro de estas reacciones existen dos clases de descomposiciones:
a) Descomposiciones simples
Este es un tipo de reacción química inverso al de síntesis, en donde una sustancia reaccionante se descompone en dos o más productos. Genericamente estas reacciones se pueden representar mediante:
A -> B ± C donde la sustancia A da origen a los productos B y C.
b) Descomposiciones mediante un reactivo
En este caso, para que se efectúe la descomposición de una sustancia, se requiere otro reactivo, y se pueden representar mediante:
AB + C — AC + BC
donde la sustancia AB es transformada mediante C en otras dos distintas, AC y BC.
• REACCIONES DE SUSTITUCIÓN O DESPLAMIENTO
En este tipo de reacciones un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto son desplazados por otro compuesto, y se pueden representar por:
AB + C —> AC + B
que indica que el compuesto de fórmula AB reacciona con C para formar el compuesto AC y dejar libre B.
También existen reacciones de doble sustitución: En estas reacciones se da un intercambio entre los elementos o grupos de elementos de las sustancias que intervienen en la reacción:
AB + CD ----------- AC ± BD
Por otra parte también se puede clasificar en:
a) Reacciones ácido-base:
La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización, y es una reacción de transferencia de protones.
Por ejemplo:
2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O
y se afirma que la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua.
b) Reacciones de oxidación-reducción:
En un principio se definió oxidación como toda reacción de combinación de cualquier sustancia con el oxígeno, y reducción como la reacción inversa, de pérdida de oxígeno de una sustancia.
Actualmente se considera que Oxidación es un proceso de pérdida de electrones y Reducción es el proceso inverso de ganancia de electrones.
Por ejemplo:
Cu —> Cu2+ ± 2 e es una oxidación
2 Ag+ + 2 e —> 2 Ag es una reducción
Ambos procesos no existen de forma independiente, de forma que todo proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Una reacción de oxidación-reducción es una reacción en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.
: Cu + 2 Ag+ —> Cu2+ + 2 Ag
Puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se podrá escribir dicha reacción de la siguiente forma:
Cu ± 2AgCl —> CuCl2 + 2Ag
La razón de estas modificaciones continuas hay que buscarla en la delicada relación entre materia y energía, y en virtud de ello podemos clasificar todos los cambios que ocurren en la naturaleza en dos categorías:
• Los cambios físicos, que no implican una alteración en la naturaleza atómico-molecular de la materia, como en el caso de la dilatación del mercurio en un termómetro.
• Los cambios químicos que llevan implícita una transformación de la estructura atómico-molecular, como en el caso del fraguado del cemento o en la oxidación del hierro.
A veces, la distinción entre ambas categorías no siempre resulta evidente y los estudios de los fenómenos físicos y químicos se superponen con frecuencia, tal es la situación de la disolución del cloruro de hidrógeno en agua.
Los cambios químicos ocurren mediante la existencia de reacciones químicas, pudiéndose definir una reacción química como un proceso en el que unas sustancias se transforman en otras por la reordenación de sus átomos mediante la rotura de unos enlaces en los reactivos y la formación de otros nuevos en los productos.
Una reacción muy estudiada es la que tiene lugar entre el yodo y el hidrógeno gaseoso para producir yoduro de hidrógeno, también en estado gaseoso, pudiéndose expresar la reacción química de la siguiente forma:
H2 + I2 — 2 Hl
Todas las especies que intervienen en la reacción son compuestos de naturaleza covalente, y la reacción consiste en un proceso de ruptura de unos enlaces y el establecimiento de otros nuevos. Para averiguar los enlaces rotos y formados, escribiremos la reacción mediante:
H-H + I-I — 2H-I
Los enlaces que se rompen son los de hidrógeno-hidrógeno (H—H) y yodo-yodo (I—I), para originar 2 moléculas de yoduro de hidrógeno, cada una de las cuales con un enlace hidrógeno-yodo (H—I).
LA ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS
La humanidad ha utilizado desde el principio de su existencia reacciones químicas para producir energía. En primer lugar mediante la combustión de madera o de carbón, pasando por las que tienen lugar en los motores de explosión de los coches y llegando hasta las más sofisticadas, que tienen lugar en los motores de propulsión de las naves espaciales.
Las reacciones químicas van acompañadas en unos casos de un desprendimiento y en otros de una absorción de energía, pero ¿de dónde procede esta energía?
Cada átomo y cada molécula de una sustancia posee una determinada energía química o energía interna característica, que depende de las energías cinética y potencial de las partículas constituyentes: átomos, electrones y núcleos. Por tanto, se puede afirmar que los reactivos de una reacción química poseen un determinado contenido energético propio (energía interna) y los productos otro diferente.
Si en una reacción química disminuye la energía interna del sistema, se desprende energía. Si, por el contrario, aumenta la energía interna, se absorbe energía.
La energía de una reacción es la energía que se pone en juego en la reacción y, por tanto, es igual al balance de energía interna entre los productos y los reactivos.
Si existe desprendimiento de energía, la reacción se denomina exoenergética y, por el contrario, si para que se efectúe la reacción, se requiere el aporte de energía, la reacción se llama endoenergética.
La energía desprendida o absorbida puede ser en forma de energía luminosa, eléctrica, etc, pero habitualmente se manifiesta en forma de calor, por lo que el calor desprendido o absorbido en una reacción química, se llama calor de reacción y tiene un valor característico para cada reacción, en unas determinadas condiciones da presión y temperatura.
Las reacciones químicas pueden entonces clasificarse en: exotérmicas o endotérmicas, según se dé desprendimiento o absorción de calor.
TEORÍA DE LAS COLISIONES
El modelo actual que explica cómo tiene lugar una reacción química es la teoría de las colisiones, desarrollada por Lewis y otros químicos en la década de 1920. Según esta teoría, para que ocurra una reacción química, es preciso que los átomos, las moléculas o los iones de los reactivos entren en contacto entre sí, es decir, que choquen.
Dadas las dimensiones de los átomos, moléculas o iones, en una reacción química toman parte tal número de partículas que sería impensable un choque simultáneo (al mismo tiempo) y adecuado de todas las partículas de los reactivos.
En la formación del Hl, cada molécula de hidrógeno existente debe chocar con una sola de yodo para originar dos moléculas de yoduro de hidrógeno. De esta forma, para que puedan reaccionar las cantidades existentes de reactivos, toda reacción química requiere un tiempo, que se denomina tiempo de reacción.
Por otro lado, generalmente, no toda la masa de reactivos se transforma íntegramente en productos, porque no todos los choques que se verifican dan lugar a la ruptura de enlaces; puede ocurrir como en el juego del billar, que el choque de las bolas produzca únicamente el cambio de dirección de las mismas. Por eso para que tenga lugar una reacción química los choques deben ser eficaces y cumplir las dos condiciones siguientes:
1.- Que los átomos, moléculas o iones de los reactivos posean suficiente energía (cinética), para que al chocar, puedan romperse sus enlaces y formarse otros nuevos.
2.- Que el choque se verifique con una orientación adecuada, pues aunque los átomos, moléculas o iones tengan la suficiente energía, puede suceder que el choque no sea eficaz, por tener lugar con una orientación desfavorable.
Por tanto, para que una reacción química tenga lugar, es necesario que los átomos, moléculas o iones existentes entren en contacto, es decir, choquen, y mediante la colisión, se rompan los enlaces de las sustancias reaccionantes y se establezcan los nuevos enlaces.
Según la primera condición, a la energía mínima requerida para efectuar una reacción se la llama energía de activación.
De esta forma, se puede imaginar que una reacción química transcurre por un cierto camino de reacción, parecido a la carrera de un atleta que debe efectuar un salto de pértiga. La altura de listón se asemeja a la barrera energética que constituye la energía de activación, y que debe superarse para que la reacción química tenga lugar.
No se deben confundir los conceptos energía de reacción con energía de activación, pues hacen referencia a aspectos distintos de una reacción química.
La energía de reacción proporciona el balance energético que acompaña a una reacción química, independientemente de cómo se verifique la reacción.
La energía de activación se refiere a la barrera energética que hay que vencer para que tenga lugar la reacción química.
Por ejemplo: La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica y pudiera parecer que, al ser el contenido energético de los productos menor que el de los reactivos, todas las reacciones exotérmicas deberían ocurrir de una forma espontánea. Pero, el papel no arde de forma espontánea en contacto con el oxígeno del aire. Todos sabemos que hace falta prender un fósforo para que el papel se queme.
De esta forma, el papel comienza a arder cuando la cerilla encendida comunica la energía de activación suficiente al papel y al oxígeno para iniciar la combustión.
REACCIONES REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La combustión de un trozo de papel es una reacción exotérmica que proporciona CO2 y vapor de H2O, como productos más significativos. A alguien se le podría ocurrir aprovechar la energía desprendida y regenerar el papel a partir de los productos obtenidos. Pero esto es imposible porque la energía desprendida se gasta en calentar el aire circundante, volviéndose inaprovechable. Por otro lado, los gases producidos (CO2 y vapor de H2O) se dispersan, imposibilitando las colisiones entre sus moléculas para formar de nuevo papel.
Otro ejemplo es el l carbonato cálcico, que se encuentra en la naturaleza como piedra caliza, yeso o mármol, se puede descomponer mediante el calor, a una temperatura de 1 200 0C, en óxido cálcico (cal) y dióxido de carbono, mediante la ecuación
1200ºC
CaCO3 CaO + CO2
Pero si la reacción se efectúa en un recipiente cerrado y se deja después enfriar, el óxido cálcico y el dióxido de carbono formados se vuelven a combinar entre sí, regenerando el carbonato de calcio.
CaO + CO2 CaCO3
De esta forma, podemos afirmar que hay reacciones químicas, como la descomposición del carbonato de calcio, que una vez formados los productos de reacción, éstos pueden combinarse entre sí para dar nuevamente los reactivos primitivos. La transformación química será, en estos casos, incompleta. denominan a este tipo de reacciones químicas reacciones reversibles y se presentan de la siguiente forma:
A ± B C + D
que quiere decir que el reactivo A reacciona con el B para dar los productos C más D.
TIPOS DE REACCIONES QUIMICAS
Existen diferentes tipos de reacciones químicas, una clasificación las agrupa en tres tipos:
• REACCIONES DE SÍNTESIS
Son las reacciones en la que unos reactivos se combinan para dar lugar a un nuevo producto. De forma genérica se pueden representar mediante:
A + B -- -> C donde el reactivo A se combina con el B para producir C.
• REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN
Dentro de estas reacciones existen dos clases de descomposiciones:
a) Descomposiciones simples
Este es un tipo de reacción química inverso al de síntesis, en donde una sustancia reaccionante se descompone en dos o más productos. Genericamente estas reacciones se pueden representar mediante:
A -> B ± C donde la sustancia A da origen a los productos B y C.
b) Descomposiciones mediante un reactivo
En este caso, para que se efectúe la descomposición de una sustancia, se requiere otro reactivo, y se pueden representar mediante:
AB + C — AC + BC
donde la sustancia AB es transformada mediante C en otras dos distintas, AC y BC.
• REACCIONES DE SUSTITUCIÓN O DESPLAMIENTO
En este tipo de reacciones un elemento o grupo de elementos que forman parte de un compuesto son desplazados por otro compuesto, y se pueden representar por:
AB + C —> AC + B
que indica que el compuesto de fórmula AB reacciona con C para formar el compuesto AC y dejar libre B.
También existen reacciones de doble sustitución: En estas reacciones se da un intercambio entre los elementos o grupos de elementos de las sustancias que intervienen en la reacción:
AB + CD ----------- AC ± BD
Por otra parte también se puede clasificar en:
a) Reacciones ácido-base:
La reacción de un ácido con una base se denomina reacción de neutralización, y es una reacción de transferencia de protones.
Por ejemplo:
2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O
y se afirma que la reacción de neutralización entre un ácido y una base es una reacción de formación de sal más agua.
b) Reacciones de oxidación-reducción:
En un principio se definió oxidación como toda reacción de combinación de cualquier sustancia con el oxígeno, y reducción como la reacción inversa, de pérdida de oxígeno de una sustancia.
Actualmente se considera que Oxidación es un proceso de pérdida de electrones y Reducción es el proceso inverso de ganancia de electrones.
Por ejemplo:
Cu —> Cu2+ ± 2 e es una oxidación
2 Ag+ + 2 e —> 2 Ag es una reducción
Ambos procesos no existen de forma independiente, de forma que todo proceso de oxidación va unido necesariamente a otro de reducción. Una reacción de oxidación-reducción es una reacción en la que hay transferencia de electrones desde la sustancia que se oxida a la que se reduce.
: Cu + 2 Ag+ —> Cu2+ + 2 Ag
Puesto que los cationes deben ir acompañados de un anión, se podrá escribir dicha reacción de la siguiente forma:
Cu ± 2AgCl —> CuCl2 + 2Ag
Suscribirse a:
Entradas (Atom)