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Qumica I (QQ-110) Pgina 1

REACCIONES QUMICAS INORGNICAS

En general, una reaccin qumica sucede cuando las molculas interactan y provocan un cambio

qumico. Este cambio qumico significa que las molculas que interactan ya no estn presentes, se

hayan ahora combinadas de diferente manera, para crear algo nuevo. Las reacciones qumicas

pueden realizarse a travs de molculas complejas, o a travs de tomos.

Una forma elemental de clasificar las reacciones qumicas inorgnicas, es a partir de la manera en

que reaccionaran las sustancias iniciales (reactivos), siendo esta clasificacin:

Reacciones de adicin o sntesis

Reacciones de descomposicin o anlisis

Reacciones de simple sustitucin o de simple desplazamiento

Reacciones de doble sustitucin o intercambio inico

ADICIN O SNTESIS: Son aquellas en las que dos o ms sustancias se unen para formar una

sola nueva sustancia.

A + B AB

2H2 + 02 2 H20

CaO + H20 Ca(OH)2

S + Fe FeS

DESCOMPOSICIN O ANLISIS: Es cuando una sola sustancia reacciona para dar lugar a la

formacin de dos o ms nuevas sustancias por accin de algn tipo de energa externa.

SIMPLE SUSTITUCIN, ELIMINACIN O DESPLAZAMIENTO: Es el caso en el que una

sustancia sustituye (ocupa el lugar) de alguno de los componentes de otra sustancia reaccionante, de

tal manera que el componente sustituido queda libre.

DOBLE SUSTITUCIN O INTERCAMBIO INICO (METTESIS): Si dos sustancias

reaccionantes, intercambian entre ellas sus iones (anin y catin), se dice que se ha efectuado una

reaccin de doble desplazamiento.


Considerando los modelos anteriores, podemos recordar que de acuerdo a la posicin de los

elementos en la Tabla peridica, su valencia y actividad qumica, algunos modelos generales de

cada reaccin se pueden completar tomando en cuenta lo siguiente:

Las reacciones de doble sustitucin, permiten el intercambio de iones entre cidos, hidrxidos,

sales, oxisales, anhdridos, etc., por lo que cada una expresa procesos especiales.

Las reacciones de descomposicin o anlisis, son especficas a cada sustancia a separar, en las que

se requiere de algn tipo de energa externa para su realizacin, como puede ser calor, electricidad,

luz, etc.

REACCIONES EN SOLUCIN ACUOSA

El agua es un compuesto de gran importancia tanto por su relevancia para los procesos biolgicos

como industriales. Muchas de las reacciones que tienen lugar a nuestro alrededor involucran

sustancias disueltas en agua y utilizan sta como medio de reaccin. Esta posicin destacada del

agua se deriva en primer lugar de su abundancia y fcil accesibilidad. Se presenta en estado lquido

en un amplio rango de temperaturas (el cual incluye la temperatura ambiente de la mayor parte de

los puntos del planeta) y adems tiene una alta constante dielctrica por lo que puede disolver un

gran nmero de sustancias, especialmente las inicas De todo ello se deriva que sea un solvente de

bajo costo, apropiado para proporcionar un medio de reaccin a numerosos procesos qumicos.

Conceptos bsicos para entender las reacciones acuosas

Una disolucin: Es una mezcla homognea de 2 o ms sustancias puras.

El soluto: es la sustancia presente en menor proporcin.

El disolvente: es la sustancia presente en mayor proporcin

Los electrolitos (iones que pueden conducir la corriente elctrica) se forman cuando se disuelve un soluto inico en agua; este se disocia en iones positivos (cationes) y en iones negativos

(aniones) que, por tener cargas diferentes, pueden conducir la corriente elctrica.

Esta caracterstica permite clasificar los solutos en electrolitos y no electrolitos.

Un electrolito es una sustancia que, al disolverse en agua, forma una disolucin capaz de conducir corriente elctrica. Un electrolito ser el que al disociarse da origen a una gran

concentracin de iones, hecho que permite mayor conductividad elctrica.

Un no electrolito es una sustancia que, al disolverse en agua, no es capaz de conducir corriente elctrica.


Un electrolito dbil se disocia muy poco, de manera que no se produce una suficiente concentracin de iones, por lo que no puede haber flujo de corriente elctrica.

Un electrolito fuerte se descompone en un 100%, lo cual impide equilibrios entre sus iones y la molcula correspondiente.

Tipo de Reaccin en las disoluciones acuosas

Precipitacin: Formacin de un compuesto insoluble

cido-base: Formacin de una sal y agua

Oxidacin-reduccin: Transferencia de electrones.

a) Reacciones de Precipitacin: Se caracteriza por la formacin de un producto insoluble o precipitado. Un precipitado es un slido insoluble que se separa de la disolucin. En esta

reaccin por lo general participan compuestos inicos. La formacin de un precipitado depende

de la solubilidad del soluto y se define como la mxima cantidad de soluto que se disolver en

una cantidad dad de disolvente a una temperatura especfica.

La solubilidad que es la capacidad de un material para disolverse en agua. Se expresa en gramos

de sustancia disuelta en 100 gramos de agua a 20 C. En funcin de la solubilidad se clasifica

las sustancias como:

100 Muy soluble.

b) Reacciones cido-base: Un conjunto importante de reacciones que se dan en solucin acuosa, puede ser clasificada como reacciones cido-base. Hay mltiples definiciones cido-base, cada

uno de los cuales tiene utilidad aplicada al sistema o a la reaccin qumica que se considere.

Siendo el agua un solvente protnico, que se disocia parcialmente liberando iones hidrgeno,

resulta muy til la definicin cido-base de Brnsted-Lowry para sistematizar estas reacciones


en medio acuosa. Antes de estudiar estas reacciones; necesitamos conocer las propiedades de

los cidos y las bases.

Existen una gran cantidad de sustancias tanto naturales como sintticas con las cuales estamos

en contacto continuo, todas ellas formadas por los elementos qumicos que ya conoces, dentro

de las cuales se encuentran las llamadas cidos o bases. Los cidos y las bases son sustancias

que comnmente utilizamos en nuestra vida diaria; pueden estar en la cocina, en tu auto, en el

bao, en el lavadero e incluso en tu organismo.

Los cidos y bases son importantes en numerosos procesos qumicos que se llevan a cabo a

nuestro alrededor, desde procesos industriales hasta biolgicos y desde reacciones que se

efectan en el laboratorio hasta las que tiene lugar en nuestro entorno.

El tiempo que se requiere para que un objeto sumergido en agua se corroa, la capacidad de un

entorno acutico para sustentar la vida de peces y plantas acuticas e incluso la velocidad de las

reacciones que sostienen nuestra vida, todo ello depende de manera crtica de la acidez o

basicidad de las soluciones. Algunas de sus caractersticas pueden observarse en el siguiente

cuadro.

ACIDOS BASES

Tienen sabor agrio. El vinagre le debe su

sabor al cido actico. Las frutas agrias

contienen cido ctrico.

Reaccionan con ciertos metales para

producir hidrgeno (g).

Reaccionan con carbonatos y bicarbonatos

para producir dixido de carbono gaseoso.

Las soluciones acuosas de cidos conducen

electricidad.

Poseen un sabor amargo.

Son resbaladizas al tacto. Muchos jabones

contienen bases.

Las soluciones acuosas de bases conducen

electricidad.

ACIDO O BASE DONSE SE ENCUENTRA

Acido acetico Vinagre

Acido acetil salicilico Aspirina

Acido ascorbico Vitamina C

Acido citrico Jugo de citricos

Acido clorhidrico Jugos gastricos

Acido sulfurico Baterias de coches

Amoniaco (base) Limpiadores caseros

Hidroxido de magnesio (base) Leche de magnesia (laxante y antiacido)


TEORAS CIDO BASE.

Muchos qumicos intentaron responder a una pregunta: Qu es un cido y qu es una base? gracias a tres de ellos se tiene una mejor idea. Cientficos como Svante Arrhenius, Johannes Niclaus

Bronsted, Thomas M. Lowry y Gilbert N. Lewis y los experimentos de laboratorios que hacan con

la ayuda de un papel llamado papel tornasol expusieron sus teoras al respecto.

TEORA DE ARRHENIUS:

cido es toda sustancia que en disolucin acuosa origina iones hidrgeno, H+; Los iones H+ se

encuentran hidratados, formando los iones hidronio (H3O+).

Base es toda sustancia que en disolucin acuosa origina iones hidroxilo, OH

TEORA DE BRONSTED LORWY:

Un cido de Bronsted - Lowry es un donador de protones, pues dona un ion hidrgeno, H+

Una base Bronsted - Lorwy es un receptor de protones, pues acepta un ion hidrgeno, H

En otros casos, el agua puede actuar de manera contraria:

Dado ese comportamiento, se considera que el agua tiene un carcter anftero; es decir, que puede

actuar como cido o como base segn el medio en el que se encuentre.


CIDOS Y BASES DBILES.

En el caso de los cidos llamados fuertes, como el H2SO4, HClO4, HNO3, HCl, la formacin de

los iones hidronio es muy rpida y se produce en un 100%; sin embargo, la mayora de los cidos se

ionizan en forma parcial y se produce solo un pequeo porcentaje de iones hidronio.

Las bases tambin se pueden clasificar de forma similar, ya que solo las llamadas bases fuertes se

disocian en su totalidad; como es el caso de los hidrxidos de metales alcalinos (LIOH, NaOH,

KOH, RbOH) o algunos que corresponden a los metales alcalino - trreos como el hidrxido de

Calcio, Ca(OH)2. Los otros hidrxidos se consideran bases dbiles debido a que su disociacin es

parcial.

POTENCIAL DE HIDRGENO (pH).

Qu es el pH? Los qumicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una

sustancia. Normalmente oscila entre los valores de 0 (ms cido) y 14 (ms bsico). El trmino

significa potencial de hidrgeno, definido por el qumico dans Sorensen como el logaritmo

negativo de la concentracin molar de los iones hidrgeno [H3O+] o [H+]. Esto es: pH = log [H3O+]. En la tabla siguiente aparece el valor del pH para algunas sustancias comunes:

El pH tpicamente va de 0 a 14 en disolucin acuosa, siendo cidas las disoluciones con pH

menores a 7, y bsicas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la

disolucin (siendo el disolvente agua). La escala de valores de pH, nos indica el carcter y fuerza de

cualquier solucin, de acuerdo con la siguiente tabla: Esos valores se pueden determinar con ayuda

de un papel especial impregnado con sustancias que cambian su coloracin de acuerdo al pH; o bien

con un aparato llamado pHmetro o potencimetro.


INDICADORES:

Los indicadores son colorantes orgnicos, que cambian de color segn estn en presencia de una

sustancia cida, o bsica en funcin de su pH. Generalmente se trata de compuestos que son cidos

o bases orgnicos dbiles; siendo los ms importantes los que en la siguiente tabla se expresan junto

con el intervalo de viraje y los colores que adquieren:

DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS, BUFFER O TAMPN. Una disolucin

amortiguadora es aquella en la que se realiza una de las dos siguientes mezclas y se caracterizan por

ofrecer una gran resistencia a modificar su pH a pesar de que se les aada un cido o una base. Por

ello son de gran importancia en los procesos bioqumicos de los seres vivos.

Un cido dbil con la sal de ese mismo cido. Ejemplo: cido actico con acetato de sodio.

(CH3COOH + CH3COONa).

Una base dbil con la sal de esa misma base. Ejemplo: hidrxido de amonio con cloruro de amonio,

(NH4OH + NH4Cl)

c) Reacciones de neutralizacin. Es una reaccin entre un cido y una base. Se forma agua y sal.

Las reacciones de neutralizacin son aquellas en las que intervienen un cido y una base fuertes, o

una base con un cido dbiles, dando lugar a la formacin de una sal y agua:


En estos ejemplos, se observa que, tanto el cido como la base empleados son fuertes o dbiles, por

lo que la sal generada se considera que es completamente neutra. Sin embargo, cuando se

reaccionan un cido fuerte con una base dbil o un cido dbil con una base fuerte, en la sal

formada va a prevalecer el carcter qumico de aquella especie ms fuerte, ejemplos:

d) Reacciones oxidacin-reduccin. Una reaccin redox tiene lugar entre dos especies qumicas cuando uno o ms electrones se transfieren de una a otra. Las especies son independientes una

de la otra antes y despus de la transferencia electrnica. Si consideramos un ion central

metlico disuelto en agua, rodeado de su primera esfera de coordinacin, las reacciones redox

ocurren habitualmente por cambio de estado de oxidacin del metal. Cuando en las reacciones

redox ninguna de las especies contiene un centro metlico, la transferencia electrnica pueden

ser ms compleja, involucrando frecuentemente (adems de la transferencia electrnica)

transferencias atmicas entre una especie y otra.

Tipos de reacciones redox

Reacciones de combinacin

Reacciones de descomposicin

Reacciones de desplazamiento

Reacciones de desproporcin.

BALANCEO DE REACCIONES REDOX

Existen otro tipo de reacciones denominado de oxidacin reduccin (REDOX), que se presenta cuando las sustancias que se combinan intercambian electrones de manera simultnea, es decir, un

elemento cede electrones y otro elemento los recibe. Este proceso se puede notar tericamente si

existe una variacin en el nmero de oxidacin (estado de oxidacin) de las especies qumicas que

reaccionan con respecto a las producidas. El manejo del nmero de oxidacin es imprescindible

para el balanceo de las reacciones REDOX.

El nmero de oxidacin puede definirse como la carga real o virtual que tienen las especies

qumicas (tomos, molculas, iones) que forman las sustancias puras. Esta carga se determina con

base en la electronegatividad de las especies segn las reglas siguientes.


1.- Nmero de oxidacin de un elemento qumico. El nmero de oxidacin de un elemento

qumico es de cero ya sea que este se encuentre en forma atmica o de molcula polinuclear.

2.- Nmero de oxidacin del hidrgeno. Generalmente es de 1+, salvo en el caso de los hidruros

metlicos donde es de 1.

3.- Nmero de oxidacin del oxgeno. El nmero de oxidacin del oxgeno se considera casi

siempre 2, excepto en los perxidos, donde es de 1.

4.- En los elementos que forman parte de un compuesto, los nmeros de oxidacin se asignan

conforme la posicin del mismo en la tabla peridica, de acuerdo a las reglas ya establecidas y a la

necesidad de mostrar molculas elctricamente neutras.

CONCEPTOS DE OXIDACIN Y REDUCCIN OXIDACIN

OXIDACIN.- La oxidacin tiene lugar cuando una especie qumica pierde electrones y en forma

simultnea, aumenta su nmero de oxidacin. Por ejemplo, el calcio metlico (con nmero de

oxidacin cero), se puede convertir en el ion calcio (con carga de 2+) por la prdida de dos

electrones, segn el esquema simblico siguiente:

REDUCCIN. La reduccin ocurre cuando una especie qumica gana electrones y al mismo

tiempo disminuye su nmero de oxidacin. Por ejemplo, el cloro atmico (con nmero de oxidacin

cero) se convierte en el ion cloruro (con nmero de oxidacin y carga de 1) por ganancia de un electrn, segn el esquema simblico siguiente:

Para ms facilidad se puede construir una escala numrica del nmero de oxidacin y seguir el

cambio electrnico del proceso redox por el aumento o disminucin del mismo:


CONCEPTOS DE AGENTE OXIDANTE Y AGENTE REDUCTOR.

AGENTE OXIDANTE. Es la especie qumica que un proceso redox acepta electrones y se reduce,

provocando la oxidacin de otro elemento en dicho proceso. Por ejemplo, cuando se hacen

reaccionar cloro elemental con calcio:

El cloro es el agente oxidante puesto que, gana electrones y su carga o nmero de oxidacin pasa de

0 a 1 Esto se puede escribir como:

Gana electrones y se considera el Agente oxidante; se reduce porque disminuye su nmero de

oxidacin.

AGENTE REDUCTOR. Es la especie qumica que un proceso redox pierde electrones que recibe

otro elemento que simultneamente se reduce y, por tanto, se oxida en dicho proceso (aumenta su

nmero de oxidacin). Por ejemplo, en la reaccin anterior, el calcio es el agente reductor puesto

que pierde electrones y su carga o nmero de oxidacin pasa de 0 a 2+; Esto se puede escribir

como:

Pierde electrones, es el Agente reductor; se oxida porque aumenta su nmero de oxidacin.

BALANCEO DE REACCIONES QUMICAS REDOX

Existen varios mtodos para el balanceo de reacciones Redox, en este caso se va a utilizar el

MTODO DEL ION-ELECTRN)

Se basa en la conservacin tanto de la masa como de la carga (los electrones que se pierden

en la oxidacin son los mismos que los que se ganan en la reduccin).

Se trata de escribir las dos semirreacciones que tienen lugar y despus igualar el n de e de ambas, para que al sumarlas los electrones desaparezcan.

Etapas en el ajuste redox

Ejemplo:

Zn + AgNO3 Zn(NO3)2 + Ag

Primera: Identificar los tomos que cambian su E.O.

Zn(0) Zn(+2) Ag (+1) Ag (0)

Segunda: Escribir semirreacciones con molculas o iones que existan realmente en

disolucin ajustando el n de tomos: (Zn, Ag+, NO3, Zn2+, Ag) Oxidacin: Zn Zn2+ + 2e Reduccin: Ag

+ + 1e

Ag


Tercera: Ajustar el n de electrones de forma que al sumar las dos semirreacciones, stos

desaparezcan.

En el ejemplo se consigue multiplicando la segunda semirreaccin por 2.

Oxidacin: ZnZn2+ + 2e Reduccin: 2Ag

+ + 2e 2Ag

R. global: Zn + 2Ag+ + 2e

Zn2+ + 2Ag + 2e

Cuarta: Escribir la reaccin qumica completa utilizando los coeficientes hallados y

aadiendo las molculas o iones que no intervienen directamente en la reaccin redox (en el

ejemplo, el ion NO3) y comprobando que toda la reaccin queda ajustada: Zn + 2 AgNO3 Zn(NO3)2 + 2 Ag Si la reaccin se produce en disolucin acuosa, aparecen iones poliatmicos con O (ej

SO42

), y el ajuste se complica pues aparecen tambin iones H+, OH as como molculas de H2O.

AJUSTE REDOX EN MEDIO CIDO.

En medio cido los tomos de O que se pierdan en la reduccin van a parar al agua (los que

se ganen en la oxidacin provienen del agua). Los tomos de H provienen del cido.

Ejemplo:

KMnO4 + H2SO4 + KI MnSO4 + I2 + K2SO4 + H2O.

Primera: Identificar los tomos que cambian su E.O.:


disolucin ajustando el n de tomos:

Oxidacin: 2 I I2 + 2e

Reduccin: MnO4 + 8 H

+ + 5e

Mn2+ + 4 H2O

Los 4 tomos de O del MnO4 han ido a parar al H2O, pero para formar sta se han necesitado adems 8 H+.


desaparezcan:

Oxidacin: 5 x (2 I I2 + 2e)

Reduccin: 2 x (MnO4 + 8 H

+ + 5e

Mn2+ + 4 H2O

Reac. global: 10 I + 2 MnO4

5 I2 + 2 Mn2+ + 8 H2O+ 16 H+


aadiendo las molculas o iones que no intervienen directamente en la reaccin redox:

2 KMnO4 + 8 H2SO4 +10 KI 2 MnSO4 + 5 I2 + 6 K2SO4 + 8 H2O


Las 6 molculas de K2SO4 (sustancia que no interviene en la reaccin redox) se obtienen

por tanteo.

AJUSTE REDOX EN MEDIO BSICO

En medio bsico los tomos de O que se ganan en la oxidacin (o pierden en la reduccin)

provienen de los OH (en doble nmero), formndose o necesitndose tantas molculas de H2O como tomos de oxgeno se ganen o pierdan, respectivamente.

Ejemplo:

Cr2(SO4)3 + KClO3 + KOHK2CrO4 + KCl + K2SO4 + H2O

Primera: Identificar los tomos que cambian su E.O.:

Molculas o iones existentes en la disolucin:


disolucin ajustando el n de tomos:

Oxidacin: Cr3+ + 8 OHCrO42 + 4 H2O + 3e

Los 4 tomos de O que se precisan para formar el CrO4 provienen de los OH

existentes

en el medio bsico. Se necesitan el doble pues la mitad de stos van a parar al H2O junto

con todos los tomos de H.

Reduccin: ClO3 + 3 H2O + 6e

Cl + 6 OH Se precisan tantas molculas de H2O como tomos de O se pierdan. As habr el mismo n

de O e H.


desaparezcan:

Oxidacin: 2 x (Cr3+

+ 8 OH CrO42 + 4 H2O + 3e)

Reduccin: ClO3

+ 3 H2O + 6e Cl + 6 OH

Reac. global: 2 Cr3+

+ 16 OH + ClO

3 + 3 H2O 2 CrO42 + 8 H2O + Cl +6 OH

Eliminando 6 OH de ambos miembros: 2 Cr

3+ + 10 OH

+ ClO

3 2 CrO42 + 5 H2O + Cl


aadiendo las molculas o iones que no intervienen directamente en la reaccin redox:

1 Cr2(SO4)3 + 1 KClO3 + 10 KOH 2 K2CrO4 + 5 H2O + 1 KCl + 3 K2SO4

Las 3 molculas de K2SO4 (sustancia que no interviene en la reaccin redox) se obtienen

por tanteo.

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