REACCIONES QUMICAS. BALANCEO DE ECUACIONES- ESTEQUIOMETRA DE LAS REACCIONES QUMICASEs la parte de la qumica que se ocupa del clculo de las cantidades de sustancia que intervienen en una reaccin qumica. Definicin: REACCIN QUMICA Proceso en el que cambia la naturaleza de una o varias sustancias (reactivos), transformndose en otras nuevas (productos). Esto supone un reordenamiento de los tomos, mediante la ruptura de unos enlaces y la formacin de otros nuevos. Una reaccin qumica se representa mediante una ecuacin qumica: En el primer miembro aparecen las frmulas de las sustancias que reaccionan (reactivos), y en el segundo miembro aparecen las frmulas de las sustancias que se forman (productos), separados por una flecha, si la reaccin es irreversible o por dos (una para cada sentido), si la reaccin es reversible. Adems de las frmulas de las sustancias, deben aparecer los denominados coeficientes estequiomtricos, los cuales nos indican la proporcin (moles) de las sustancias que intervienen en la reaccin (ajuste). En algunos casos es necesario adjuntar el estado de agregacin de la materia entre parntesis (slido, lquido o gas). La frmula general ser del tipo: xA+yB zC+tD

donde A y B son los reactivos, C y D los productos formados tras la reaccin, y x, y, z, t son los coeficientes estequiomtricos. EJEMPLOS: a) 2Na + Cl2 b) H2CO3 c) 2H2(g) + O2(g) 2NaCl CO2 + H2O 2H2O(l) (irreversible) (reversible) (estados de agregacin)

Los nmeros de color azul son los coeficientes estequiomtricos.

TIPOS DE REACCIONES QUMICAS: Si atendemos al resultado global, las podemos clasificar en los siguientes tipos: a) Reacciones de Sntesis: Dos elementos qumicos se combinan para formar un compuesto: A+B AB EJEMPLOS: i) N2 + 3H2 ii) 2Ca + O2 2NH3 2CaO

iii) 2Mg + O2 2MgO b) Reacciones de Descomposicin: Una sustancia se descompone en otras ms simples: AB A+B (suele ser mediante calor Q) Q EJEMPLOS: i) Los carbonatos metlicos, se descomponen con mayor o menor facilidad mediante calor, formndose el xido metlico y CO2: Q MgCO3 MgO + CO2 ii) Tambin se descomponen mediante calor muchos hidrxidos, originando el xido y H2O: Ca(OH)2Q

CaO + H2O

iii) La descomposicin de los cloratos origina el cloruro (sal binaria) y oxgeno:Q 2KClO3 2KCl + 3O2 iv) Algunos xidos de metales pesados se descomponen mediante el calor, formndose O2 y el metal correspondiente:

2HgO

Q

2Hg + O2

c) Reacciones de Adicin: Un elemento o un compuesto se adiciona a un compuesto para formar otro compuesto qumicos se combinan para formar un compuesto: AB+C D o AB+CD E (similar a las de sntesis) EJEMPLOS:

i) CH2=CH2 + Br2 ii) 2CO + O2 iii) SO3 + H2O

CH2Br-CH2Br 2CO2 H2SO4

d) Reacciones de Sustitucin: Un tomo sustituye a otro AB+X AX+B EJEMPLOS: i) Un metal activo desplaza al H2 de los cidos: Zn + 2HCl ZnCl2 + H2

Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 ii) Un metal puede verse desplazado de sus sales por otro metal ms activo: Zn + CuSO4 Cu + ZnSO4

e) Reacciones de Doble Sustitucin: Ms de un tomo sustituyen a otros AB+XY AY+XB EJEMPLOS: i) Se suele dar en reacciones con disoluciones, entre sustancias formadas cada una por dos iones diferentes: NaCl + AgNO3 HCl + NaOH AgCl + NaNO3 NaCl + H2O

f) Reacciones de Combustin: Combustin de hidrocarburos con O2 Hidrocarburo+Oxgeno CO2+H2O EJEMPLOS: i) 2C4H10 + 13O2 ii) C3H8 + 5O2 8CO2 + 10H2O 3CO2 + 4H2O

g) Reacciones de Neutralizacin: Consisten en la neutralizacin de un cido o una base, mediante la utilizacin de una base o un cido, respectivamente: cido+Base Sal+H2O EJEMPLOS: i) HCl + NaOH ii) H2SO4 + Ca(OH)2 NaCl + H2O CaSO4 + 2H2O

Si atendemos a razones energticas, las podemos clasificar en dos tipos: a) Reacciones con desprendimiento de calor o reacciones exotrmicas: EJEMPLOS: i) 2C4H10 + 13O2 ii) 2Mg + O2 8CO2 + 10H2O + energa (calor) 2MgO + energa (calor)

iii) 2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2 + energa (calor) b) Reacciones con absorcin de calor o reacciones endotrmicas: EJEMPLOS: i) CaCO3 + calor ii) Cu + H2SO4 + Calor CaO + CO2 CuSO4 + H2

- AJUSTE DE REACCIONES: Mtodo por tanteo:Las transformaciones que ocurren en una reaccin qumica se rigen por la Ley de la conservacin de la masa: Los tomos no se crean ni se destruyen durante una reaccin qumica. Entonces, el mismo conjunto de tomos est presente antes, durante y despus de la reaccin. Los cambios que ocurren en una reaccin qumica simplemente consisten en una reordenacin de los tomos.

Por lo tanto una ecuacin qumica ha de tener el mismo nmero de tomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuacin est balanceada o ajustada. EJEMPLO: 2H2 4H + Reactivos y O2 2O = 2H2O Productos 4H + 2O

Pasos que son necesarios para escribir una reaccin ajustada: 1) Se determina cuales son los reactivos y los productos. 2) Se escribe una ecuacin no ajustada usando las frmulas de los reactivos y de los productos. 3) Se ajusta la reaccin determinando los coeficientes que nos dan nmeros iguales de cada tipo de tomo en cada lado de la flecha de reaccin, generalmente nmeros enteros. EJEMPLO 1: Consideremos la reaccin de combustin del metano gaseoso (CH4) en aire. Paso 1: Sabemos que en esta reaccin se consume (O2) y se produce agua (H2O) y dixido de carbono (CO2). Luego: los reactivos son CH4 y O2 los productos son H2O y CO2 Paso 2: La ecuacin qumica sin ajustar ser: CH4 + O2 Paso 3: Ahora contamos los tomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos: REACTIVOS CH4 + O2 PRODUCTOS H2O + CO2 H2O + CO2

tomos de C: 1 tomos de H: 4 tomos de O: 2 REACTIVOS CH4 + O2 tomos de C: 1 tomos de H: 4 tomos de O: 2 REACTIVOS CH4 + 2O2 tomos de C: 1 tomos de H: 4 tomos de O: 4

=

tomos de C: 1 tomos de H: 2 tomos de O: 3 PRODUCTOS 2H2O + CO2 tomos de C: 1 tomos de H: 4 tomos de O: 4 PRODUCTOS 2H2O + CO2 tomos de C: 1 tomos de H: 4 tomos de O: 4

= =

= = =

Entonces: una molcula de metano reacciona con dos molculas de oxgeno para producir dos molculas de agua y una molcula de dixido de carbono. EJEMPLO 2: HCl + CaH: 1 Cl: 1 Ca: 1

CaCl2 + H2H: 2 Cl: 2 Ca: 1 (sin ajustar) (sin ajustar) (ajustada)

2HCl + CaH: 2 Cl: 2 Ca: 1

CaCl2 + H2H: 2 Cl: 2 Ca: 1 (ajustada) (ajustada) (ajustada)

Con lo que la ecuacin queda balanceada. EJEMPLO 3: C2H6 + O2H: 6 C: 2 O: 2

CO2 + H2OH: 2 C: 1 O: 3 (sin ajustar) (sin ajustar) (sin ajustar)

Ajustamos primero la molcula mayor: C2H6 + O2H: 6 C: 2 O: 2

2CO2 + 3H2OH: 6 C: 2 O: 7 (ajustada) (ajustada) (sin ajustar)

Ahora ajustamos el O: C2H6 + 7/2O2H: 6 C: 2 O: 7

2CO2 + 3H2OH: 2 C: 1 O: 7 (sin ajustar) (sin ajustar) (sin ajustar)

Multiplicamos por dos: 2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

Con lo que la ecuacin queda balanceada. NOTA: Cuando se ha ajustado una ecuacin, los coeficientes representan el nmero de cada elemento en los reactivos y en los productos. Tambin representan el nmero de molculas y de moles de reactivos y productos. En esta reaccin, 2 molculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 molculas de O2 para dar 2 molculas de MnO2 y 5 molculas de CO2. Esos mismos coeficientes tambin representan el nmero de moles en la reaccin.

(RESOLVER LOS EJERCICIOS PROPUESTOS) EJERCICIOS PROPUESTOS. AJUSTE DE REACCIONES 1) Verificar si es correcto el ajuste:

2) Ajustar la siguiente ecuacin. Cul es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos?

3) Ajustar la siguiente ecuacin y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos.

4) La dimetil hidracina, (CH3)2NNH2, se us como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar, con N2O4 como oxidante. Considerar la siguiente reaccin sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos.

5) Qu frase es falsa en relacin con la siguiente reaccin ajustada? Datos: Pesos Atmicos: C = 12, H = 1, O = 16 a) La reaccin de 16 gramos de CH4 da 2 moles de agua. b) La reaccin de 16 gramos de CH4 da 36 g de agua. c) La reaccin de 32 gramos de O2 da 44 gramos de CO2. d) Una molcula de CH4 requiere 2 molculas de oxgeno. e) Un mol de CH4 da 44 gramos de CO2. 6) Balancea la siguiente ecuacin: "a" Mg3N2 + "b" H2O "c" Mg(OH)2 + "d" NH3___ a=1; b=2; c=1; d=1____ a=1; b=6; c=3; d=2 ____ a=1; b=6; c=3; d=1 ____ a=1; b=3; c=3; d=2

7) Balancea la siguiente ecuacin e indica si se trata de una reaccin de combustin, de sustitucin o de descomposicin. "a" H2O2 + "b" SO2 "c" H2SO4____ a=1; b=1; c=1; reaccin de descomposicin ____ a=1; b=1; c=1; reaccin de combinacin ____ a=2; b=1; c=1; reaccin de descomposicin

____ a=2; b=1; c=1; reaccin de combinacin

8) Escribe la ecuacin balanceada de la reaccin que se produce cuando se calienta nitrato de potasio slido y ste se descompone para formar nitrito de potasio slido y oxgeno gaseoso.____ 2KNO4(s) ____ 2KNO3(s) ____ 2KNO3 ____ KNO3(s) 2KNO3(s)+ O2 2KNO2(s)+ O2 2KNO2 + O KNO2(s) + (1/2)O2

9) Balancea la siguiente ecuacin: "a" Al + "b" Cr2O3 ____ a=2; b=1; c=1; d=2 ____ a=2; b=1; c=1; d=1 ____ a=4; b=2; c=2; d=4 ____ a=1; b=1; c=1; d=2

"c" Al2O3 + "d" Cr

10) Balancea la siguiente ecuacin e indique si se trata de una reaccin de combustin, de sntesis o de descomposicin: "a" Li + "b" N2 "c" Li3N____ a=6; b=1; c=2; reaccin de descomposicin ____ a=6; b=1; c=2; reaccin sntesis ____ a=1; b=1; c=3; reaccin de descomposicin ____ a=6; b=1; c=2; reaccin de sntesis

SOLUCIONES EJERCICIOS. AJUSTE DE REACCIONES 1) El ajuste es correcto. 2) Ajustar la siguiente ecuacin. Cul es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos?

RESOLUCIN 1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacin. Suele ser ms fcil si se toma una sustancia compleja, en este caso Mg3B2, y ajustar todos los elementos a la vez. Hay 3

tomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha, luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los tomos de Mg.

2) Ahora se hace lo mismo para el B, hay 2 tomos de B a la izquierda y 2 a la derecha, luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los tomos de B.

3) Ajustar el O, debido a los coeficientes que acabamos de poner, hay 6 tomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 tomos de O a la derecha. Por tanto, el coeficiente para el H2O a la izquierda ser 6 para ajustar la ecuacin.

4) En este caso, el nmero de tomos de H resulta calculado en este primer intento. En otros casos, puede ser necesario volver al primer paso para encontrar otro coeficiente. Por tanto, la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es:

1 + 6 + 3 + 1 = 11

3) Ajustar la siguiente ecuacin y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos.

RESOLUCIN1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacin. Se hace frecuentemente ms fcil si se elige una sustancia compleja, en este caso C8H8O2, asumiendo que tiene de coeficiente 1, y se ajustan todos los elementos a la vez. Hay 8 tomos de C a la izquierda, luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha, para ajustar el C. 2) Ahora se hace lo mismo para el H. Hay 8 tomos de H a la izquierda, luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha, para ajustar el H. 3) El ltimo elemento que tenemos que ajustar es el O. Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacin, hay 16 tomos de O en el CO2 y 4 tomos de O en el H2O, dando un total de 20 tomos de O a la derecha (productos). Por tanto, podemos ajustar la ecuacin poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacin. 4) Recordar siempre contar el nmero y tipo de tomos a cada lado de la ecuacin, para evitar cualquier error. En este caso, hay el mismo nmero de tomos de C, H, y O en los reactivos y en los productos: 8 C, 8 H, y 20 O. 5) Como la cuestin pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos, la respuesta correcta es:1 + 9 = 10

4) La dimetil hidracina, (CH3)2NNH2, se us como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar, con N2O4 como oxidante. Considerar la siguiente reaccin sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos.

RESOLUCIN1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacin. Esto es con frecuencia ms sencillo si se empieza con una sustancia compleja, en este caso (CH3)2NNH2, asumiendo que tiene 1 como coeficiente, y se van ajustando los elementos de uno en uno. Hay 2 tomos de C a la izquierda, por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los tomos de C. 2) Ahora, hacer lo mismo para el H. Hay 8 tomos de H a la izquierda, de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los tomos de H. 3) Ajuste del O. Debido a los coeficientes que acabamos de poner, al lado izquierdo de la ecuacin hay 4 tomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 tomos de O en el H2O. Por tanto, podemos "ajustar" los tomos de O en la ecuacin poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacin.

4) El ltimo elemento que debe ajustarse es el N. Hay 6 tomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho. Por tanto, podemos "ajustar" la ecuacin poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho.

Por tanto, la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es:

1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12 5) Qu frase es falsa en relacin con la siguiente reaccin ajustada? Datos: Pesos Atmicos: C = 12, H = 1, O = 16 a) La reaccin de 16 gramos de CH4 da 2 moles de agua. b) La reaccin de 16 gramos de CH4 da 36 g de agua. c) La reaccin de 32 gramos de O2 da 44 gramos de CO2. d) Una molcula de CH4 requiere 2 molculas de oxgeno. e) Un mol de CH4 da 44 gramos de CO2. REPUESTASa) VERDADERA: Un mol de CH4 da 2 moles de agua. Un mol de CH4 = 16.0 g. b) VERDADERA: Un mol de CH4 da 2 moles de agua. Un mol de CH 4 = 16.0 g, y un mol de agua = 18.0 g.

c) FALSA: 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2. 2 moles de O2 = 64.0 g, pero 1 mol de CO2 = 44.0 g. d) VERDADERA: Un mol de molculas de CH4 reacciona con 2 moles de molculas de oxgeno (O2), de modo que una molcula de CH4 reacciona con 1 molcula de oxgeno. e) VERDADERA: Un mol de CH4 da 1 mol de CO2. Un mol de CH4 = 16.0 g, y un mol de CO2 = 44.0 g.

6) Balancea la siguiente ecuacin: "a" Mg3N2 + "b" H2O "c" Mg(OH)2 + "d" NH3___ a=1; b=2; c=1; d=1__x_ a=1; b=6; c=3; d=2 ____ a=1; b=6; c=3; d=1 ____ a=1; b=3; c=3; d=2

7) Balancea la siguiente ecuacin e indica si se trata de una reaccin de combustin, de adicin o de descomposicin. "a" H2O2 + "b" SO2 "c" H2SO4____ a=1; b=1; c=1; reaccin de descomposicin __x_ a=1; b=1; c=1; reaccin de adicin ____ a=2; b=1; c=1; reaccin de descomposicin ____ a=2; b=1; c=1; reaccin de adicin

8) Escribe la ecuacin balanceada de la reaccin que se produce cuando se calienta nitrato de potasio slido y ste se descompone para formar nitrito de potasio slido y oxgeno gaseoso.____ 2KNO4(s) __x_ 2KNO3(s) ____ 2KNO3 ____ KNO3(s) 2KNO3(s)+ O2 2KNO2(s)+ O2 2KNO2 + O KNO2(s) + (1/2)O2

9) Balancea la siguiente ecuacin: "a" Al + "b" Cr2O3 __x_ a=2; b=1; c=1; d=2 ____ a=2; b=1; c=1; d=1

"c" Al2O3 + "d" Cr

____ a=4; b=2; c=2; d=4 ____ a=1; b=1; c=1; d=2 10) Balancea la siguiente ecuacin e indique si se trata de una reaccin de combustin, de sntesis o de descomposicin: "a" Li + "b" N2 "c" Li3N____ a=6; b=1; c=2; reaccin de descomposicin __x_ a=6; b=1; c=2; reaccin sntesis ____ a=1; b=1; c=3; reaccin de descomposicin ____ a=6; b=1; c=2; reaccin de combustin