BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS

Cuando la reacción química se expresa como ecuación, además de escribir correctamente todas las especies participantes (nomenclatura), se debe ajustar el número de átomos de reactivos y productos, colocando un coeficiente a la izquierda de los reactivos o de los productos. El balanceo de ecuaciones busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, para mantener la Ley de Lavoisiere. Por ejemplo en la siguiente reacción (síntesis de agua), el número de átomos de oxígenos de reactivos, es mayor al de productos.

H2 + O2 ® H2O

Para igualar los átomos en ambos lados es necesario colocar coeficientes y de esta forma queda una ecuación balanceada.

2 H2 + O2 ® 2 H2O

Nota: Para calcular el número de átomos, el coeficiente multiplica a los subíndices y cuando el cuando el coeficiente es igual a 1 "se omite" por lo que el número de átomos es igual al subíndice.

Los métodos más comunes para balancear una ecuación son : Tanteo , Algebraíco y Redox .

===== Métodos =====

Tanteo Consiste en dar coeficientes al azar hasta igualar todas las especies.

Ejemplo :

CaF2 + H2SO4 ® CaSO4 + HF

Ecuación no balanceada

El número de F y de H esta desbalanceado, por lo que se asignará (al azar) un coeficiente en la especie del flúor de la derecha.

CaF2 + H2SO4 ® CaSO4 + 2 HF

Ecuación balanceada

Ejemplo :

K + H2O ® KOH + H2

Ecuación no balanceada

El número de H esta desbalanceado, por lo que se asignará (al azar) un coeficiente en la especie del hidrógeno de la izquierda.

K + 2 H2O ® KOH + H2

Ecuación no balanceada

Quedarían 4 H en reactivos y 3 en productos, además la cantidad de oxígenos quedó desbalanceada, por lo que ahora se ajustará el hidrógeno y el oxígeno.

K + 2 H2O ® 2 KOH + H2

Ecuación no balanceada

El número de K es de 1 en reactivos y 2 en productos, por lo que el balanceo se termina ajustando el número de potasios.

2 K + 2 H2O ® 2 KOH + H2    

Ecuación balanceada

Algebraico Este método es un proceso matemático que consistente en asignar literales a cada una de las especies , crear ecuaciones en función de los átomos y al resolver las ecuaciones, determinar el valor de los coeficientes. Ecuación a balancear:

FeS + O2 ® Fe2O3 + SO2

Los pasos a seguir son los siguientes:

1. Escribir una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación:

A B C DFeS + O2 Fe2O3 + SO2

2. Escribir los elementos y para cada uno de ellos establecer cuántos hay en reactivos y en productos, con respecto a la variable. Por ejemplo hay un Fe en reactivos y dos en productos, pero en función de las literales donde se localizan las especies (A y C) se establece la ecuación A = 2C .

El símbolo produce (® ) equivale al signo igual a (=).

      Fe       A = 2C

       S         A = D

       O        2B = 3C + 2D

3. Utilizando esas ecuaciones, dar un valor a cualquier letra que nos permita resolver una ecuación (obtener el valor de una literal o variable) y obtener después el valor de las demás variables. Es decir se asigna un valor al azar (generalmente se le asigna el 2) a alguna variable en una ecuación, en este caso C = 2 , de tal forma que al sustituir el

valor en la primera ecuación se encontrará el valor de A. Sustituyendo el valor de A en la segunda ecuación se encuentra el valor de D y finalmente en la tercera ecuación se sustituyen los valores de C y D para encontrar el valor de B.

A   B   C   D

FeS + O2 à  Fe2O3 + SO2

    Fe    A = 2C                     Sí C =2       A= D         2B = 3C + 2D     S     A = D                        A= 2C         D = 4         2B = (3)(2) + (2)(4)    O   2B = 3C + 2D            A= 2(2)                         2B = 14

                                                       A = 4                              B = 14/2     B = 7

4. Asignar a cada una de las especies el valor encontrado para cada una de las variables:

A   B   C   D

4 FeS + 7 O2 à 2Fe2O3 + 4SO2

 Ecuación Balanceada

RedoxSe conoce como estado elemental la forma en que se encuentra un elemento en estado puro (sin combinarse con otro elemento), puede ser atómico como el metal (Al) , diatómico como los gases o halógenos (O2) y poliatómicos (S6) .

Como los elementos puros no están combinados se dicen que no tienen valencia, por lo que se creó el concepto "número de oxidación" , que para los átomos de los elementos tiene el valor de cero (0) . Es decir cuando se trata de una reacción de Redox, el número de oxidación de los átomos de los compuestos equivale a su valencia, mientras que los átomos de los elementos tienen número de oxidación cero, por ejemplo :

Na + H2O ® NaOH + H2

Na0 + H+12O-2 ® Na+1O-2H+1 + H0

2

Reacción Redox Se conoce como reacción REDOX aquella donde los números de oxidación de algunos átomos cambia al pasar de reactivos a productos. Redox proviene de las palabras REDucción y OXidación. Esta reacción se caracteriza porque siempre hay una especie que se oxida y otra que se reduce. Oxidación. Es la pérdida de electrones que hace que los números de oxidación se incrementen. Reducción. Ganancia de electrones que da lugar a que los números de oxidación se disminuyan.

Para la reacción anterior :         Na0 ® Na+1  Oxidación                                         H+1

2 ® H0

2   Reducción

Para expresar ambos procesos, se utilizan hemirreacciones donde se escriben las especies cambiantes y sobre las flechas se indica el número de

electrones ganados y/o perdidos.

BALANCEO REDOX Las reglas para el balanceo redox (para aplicar este método, usaremos como ejemplo la siguiente reacción) son:

K2Cr2O7 + H2O + S ® SO2 + KOH + Cr2O3

1. Escribir los números de oxidación de todas las especies y observar cuáles son las que cambian.

K+12Cr+6

2O-27 + H+1

2O-2 + S0 ® S+4O-2

2 + K+1O-2H+1 + Cr+32O-2

3

2. Escribir las hemirreacciones de oxidación y de reducción, cuando una de las especies cambiantes tiene subíndices se escribe con él en la

hemirreacción (por ejemplo el Cr2 en ambos lados de la reacción) y si es necesario, balancear los átomos (en este caso hay dos átomos de cromo y uno

de azufre en ambos lados "se encuentran ajustados", en caso de no ser así se colocan coeficientes para balancear las hemirreacciones) y finalmente

indicar el número de electrones ganados o perdidos (el cromo de +6 a +3 gana 3 electrones y al ser dos cromos ganan 6 electrones y el azufre que pasa

de 0 a +4 pierde 4 electrones).

+6 eCr+6

2 ® Cr+32 Reducción

- 4eS0 ® S+4 Oxidación

3. Igualar el número de electrones ganados al número de electrones perdidos. Para lograrlo se necesita multiplicar cada una de las hemirreacciones por el número de electrones ganados o perdidos de la hemirreacción contraria (o por sus mínimo común denominador).

+6 e2 [ Cr+6

2 ® Cr+32 ]

- 4e3 [ S0  ® S+4 ]

+12 e2 Cr+6

2 ® 2Cr+32

- 12e3 S0  ® 3 S+4

4. Hacer una sumatoria de las hemirreacciones para obtener los coeficientes, y posteriormente, colocarlos en las especies correspondientes.

3 S0   +  2Cr+62 ® 3 S+4    + 2Cr+3

2

 2K2Cr2O7 + H2O + 3S    ®   3SO2 + KOH + 2Cr2O3

5. Terminar de balancear por tanteo.

2K2Cr2O7  +  2H2O +  3S  ®  3SO2  +  4KOH  +  2Cr2O3

Ecuación Balanceada

I.- Ecuaciones Químicas:

Definición: Son expresiones matemáticas abreviadas que se utilizan para describir lo que sucede en una reacción química en sus estados inicial y final. En ella figuran dos miembros; en el primero, los símbolos o fórmulas de los reactantes, reaccionantes o reactivos y en el segundo los símbolos o fórmulas de los productos. Para separar ambos miembros se utiliza una flecha que generalmente se dirige hacia la derecha, indicando el sentido de la reacción:

A + BC ® AB + C

Ej. : La ecuación química que describe la reacción entre el magnesio y el oxígeno es:

2 Mg + O2 ® 2 MgO

Reactantes Producto

Significado de las ecuaciones químicas:

a. Cualitativo: Indica la clase o calidad de las sustancias reaccionantes y productos. En la ecuación anterior, el magnesio reacciona con el oxígeno para obtener óxido de magnesio

b. Cuantitativo: Representa la cantidad de átomos, moléculas, el peso o el volumen de los reactivos y de los productos.

En la ecuación química anterior, se entiende que dos moléculas (o moles) de magnesio, reaccionan con una molécula ( o mole) de oxígeno para obtenerse dos moléculas ( o moles) de óxido de magnesio. También se puede calcular la cantidad en gramos del producto, tomando como base los pesos atómicos de los reaccionantes (Con ayuda de la Tabla Periódica) .

Características de las Ecuaciones Químicas:

Los reactantes y productos se representan utilizando símbolos para los elementos y fórmulas para los compuestos.

Se debe indicar el estado físico de los reactantes y productos entre paréntesis: (g), (l), (s); (ac.) si se presentan en estado gaseoso, líquido , sólido o en solución acuosa respectivamente.

El número y tipo de átomos en ambos miembros deben ser iguales, conforme al principio de conservación de la masa; si esto es así, la ecuación está balanceada.

II.- Reacciones Químicas:

Definición: Son procesos químicos donde las sustancias intervinientes, sufren cambios en su estructura, para dar origen a otras sustancias. El cambio es más fácil entre

sustancias líquidas o gaseosas, o en solución, debido a que se hallan más separadas y permiten un contacto más íntimo entre los cuerpos reaccionantes.

También se puede decir que es un fenómeno químico, en donde se producen sustancias distintas a las que les dan origen.

Características o Evidencias de una Reacción Química:

Formación de precipitados. Formación de gases acompañados de cambios de temperatura. Desprendimiento de luz y de energía.

Reglas:

En toda reacción se conservan los átomos y las cargas (si hay iones) No puede ocurrir un proceso de oxidación o de reducción aislado, ambos

ocurren simultáneamente. No se pueden formar productos que reaccionen enérgicamente con alguno de los

productos obtenidos.

Ej. :

Na3N + 3H2O ® 3 NaOH + NH3

Tipos de Reacciones Químicas:

A.o Reacciones de composición, adición o síntesis:

Cuando dos o más sustancias se unen para formar una más compleja o de mayor masa molecular:

Ej. :

o Reacciones de descomposición:

Cuando una sustancia compleja por acción de diferentes factores, se descompone en otras más sencillas:

Ej. :

o Cuando las descompone el calor, se llaman también de disociación térmica.

o Reacciones de simple sustitución:

Denominadas también de simple desplazamiento cuando una sustancia simple reacciona con otra compuesta, reemplazando a uno de sus componentes.

Ej. :

.

o Reacciones de doble sustitución:

También se denominan de doble desplazamiento o metátesis y ocurren cuando hay intercambio de elementos entre dos compuestos diferentes y de esta manera originan nuevas sustancias. * Se presentan cuando las sustancias reaccionantes están en estado iónico por encontrarse en solución, combinándose entre sí sus iones con mucha facilidad, para formar sustancias que permanecen estables en el medio reaccionante:

Ej. :

o Reacciones Reversibles:

Cuando los productos de una reacción pueden volver a reaccionar entre sí, para generar los reactivos iniciales. También se puede decir que se realiza en ambos sentidos.

Ej. :

o Reacciones Irreversibles:

Cuando los productos permanecen estables y no dan lugar a que se formen los reactivos iniciales.

Ej. :

Toda reacción es más o menos reversible; pero en muchos casos esta reversibilidad es tan insignificante que se prefiere considerar prácticamente irreversible.

H. En toda reacción química hay emisión o absorción de energía que se manifiesta como luz y/o calor. Aquí aparece el concepto de Entalpía, entendida como la energía que se libera o absorbe.

Reacciones Exotérmicas:

Cuando al producirse, hay desprendimiento o se liberade calor.

Ej. :

Reacciones Endotérmicas:

Cuando es necesario la absorción de calor para que se puedan llevar a cabo.

Ej. :

La energía liberada o absorbida se denomina calor de reacción o entalpía (H) por consiguiente:

En una reacción exotérmica la entalpía es negativa. En una reacción endotérmica la entalpía es positiva.

La energía liberada o absorbida se denomina calor de reacción o entalpía (H) por consiguiente:

En una reacción exotérmica la entalpía es negativa. En una reacción endotérmica la entalpía es positiva.

I. De acuerdo a su energía:

De acuerdo a las sustancias reaccionantes:

Partes: 1, 2Partes: 1, 2

A. : o Reacción de Haber:

Permite obtener el amoniaco partiendo del hidrógeno y nitrógeno¨

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

o Reacción Termoquímica:

En estas reacciones se indica la presión, temperatura y estado físico de las sustancias:

o Reacción de Combustión:

En estas reacciones, el oxígeno se combina con una sustancia combustible y como consecuencia se desprende calor y/o luz. Las sustancias orgánicas puede presentar reacciones de combustión completas o incompletas:

o R. Completa: Cuando se forma como producto final CO2 y H2O (en caso de sustancias orgánicas)

 

Ej. :

o R. Incompleta: Cuando el oxígeno no es suficiente, se produce CO y H2O, aunque muchas veces se produce carbón.

o Reacción Catalítica:

Se acelera por la intervención de sustancias llamadas catalizadores que permanecen inalterables al final de la reacción.

Catalizador: Sustancia que acelera la reacción. No reacciona. Se recupera todo

Ej. :

o Reacción REDOX:

Reacciones en donde hay variación de los estados de oxidación de las sustancias por transferencia de electrones.

o Reacción de Neutralización:

Consiste en la reacción de un ácido con una base.

III.- Mecanismo de Reacción:

Definición: Son las etapas en que ocurre una reacción química. La mayoría de las reacciones ocurren en varias etapas consecutivas, cada una de las cuales se denomina reacción elemental; el conjunto total de estas reacciones elementales, por las que transcurre una reacción global, se denomina mecanismo de reacción.

Según Fco. A. Villegas (Univ. de Colombia), para que se produzca una reacción química tal como:

Se requiere una serie de etapas intermedias o etapas sucesivas y simultáneas . Un posible mecanismo para la reacción mencionada es el siguiente:

o En la primera etapa la molécula de A2 se descompone en dos átomos iguales de manera rápida.

o En la segunda etapa, la más lenta de todo el proceso, la molécula de B2 se divide también en dos átomos .

o En las etapas tercera y cuarta y que ocurren de manera simultánea, un átomo de A, se combina con un átomo de B, para formar el compuesto AB de manera más rápida que la etapa segunda.

o La suma algebraica de todas las etapas, resulta la reacción neta.

Como se aprecia, cuando una reacción ocurre en varias etapas, generalmente una de ellas, es más lenta que las demás, actuando como reguladora de la velocidad de reacción global,, tomando por ello el nombre de etapa determinante o controlante de la velocidad de reacción.

Ej. :

La reacción entre el cloruro de yodo y el hidrógeno, para formar yodo y cloruro de hidrógeno, si se realizara en una sola etapa, sería de tercer orden ( de segundo orden respecto al ICl y de primero respecto al H2), pero se ha encontrado experimentalmente que la reacción es de primer orden para ambos reactivos, y por tanto, de segundo orden global. Esto se puede entender suponiendo que la reacción ocurre en dos partes o etapas, como las siguientes:

La primera reacción es lenta, comportándose como la controlante de la velocidad, la que explica los resultados experimentales. Como es lógico, cuando una reacción ocurre en varias etapas, la suma de estas reacciones parciales es igual a la reacción final.

IV.- Reacciones en Cadena:

Existen diversas reaccione químicas que ocurren en varias etapas, en las que además de formarse los productos, se regeneran los reactantes que dieron inicio a la reacción, formándose una especie de "cadena" en la que se repiten los eslabones, por lo que reciben el nombre de Reacciones en cadena.

En estas reacciones es frecuente la intervención de radicales libres, esto es, moléculas o átomos que tienen normalmente una valencia sin saturar.

Ej. : En la descomposición térmica del acetaldehído ocurre lo siguiente:

a) CH3CHO ® CHO + CH3(iniciación)

b) H3CHO + CH3 ® CH4 + CO + CH3 (propagación)

c) 2CH3 ® CH3 CH3(terminación)

El primer proceso, es una descomposición del acetaldehído en radicales formaldehído y metilo, produciéndose la reacción de iniciación de la cadena , (donde una molécula absorbe energía en forma de calor, luz o radiación ultravioleta) dando inicio al proceso total y produciéndose además radicales metilo, que son los portadores de la cadena y que tras el segundo proceso, llamado de propagación de la cadena, ( se lleva a cabo mediante el proceso de los radicales libres, uniendo dos elementos y dejando uno libre)puede causar la descomposición de muchas moléculas de acetaldehído. Si no fuera por la reacción tercera, llamada de terminación de la cadena,(los átomos se unen y forman moléculas) en donde se combinan entre sí los dos radicales metilo, la reacción no concluiría hasta terminar todo el acetaldehído, porque un solo radical metilo lo podría descomponer todo, puesto que al hacerlo según el segundo proceso, se regeneraría metilo. También se puede considerar la cadena inhibidora cuando un átomo choca con determinada molécula inhibiendo toda la reacción. Veamos otro ejemplo:

En la ecuación :

V.- Balanceo de Ecuaciones Químicas:

Definición: Balancear una ecuación química es igualar el número y clase de átomos, iones o moléculas reactantes con los productos, con la finalidad de cumplir la ley de conservación de la masa.

Para conseguir esta igualdad se utilizan los coeficientes estequiométricos, que son números grandes que se colocan delante de los símbolos o fórmulas para indicar la cantidad de elementos o compuestos que intervienen en la reacción química. No deben confundirse con los subíndices que se colocan en los símbolos o fórmulas químicas, ya que estos indican el número de átomos que conforman la sustancia. Si se modifican los coeficientes, cambian las cantidades de la sustancia, pero si se modifican los subíndices, se originan sustancias diferentes.

Para balancear una ecuación química, se debe considerar lo siguiente:

o Conocer las sustancias reaccionantes y productos.o Los subíndices indican la cantidad del átomo indicado en la molécula.o Los coeficientes afectan a toda la sustancia que preceden.o El hidrógeno y el oxígeno se equilibran al final, porque generalmente

forman agua (sustancia de relleno). Esto no altera la ecuación, porque toda reacción se realiza en solución acuosa o produce sustancias que contienen agua de cristalización.

Ej. :

2 H2SO4

Significa:

o Hay dos moléculas de ácido sulfúrico ( o dos moles)o En cada molécula hay dos átomos de hidrógeno, un átomo de azufre y

cuatro átomos de oxígeno.

Métodos para Balancear Ecuaciones

Tenemos diferentes métodos que se utilizan según convengan, de acuerdo al tipo de reacción, las cuales pueden ocurrir:

o Sin cambio de estados de oxidación en ningún elemento reaccionante:

20. Ensayo y Error o Tanteo.21. Mínimo Común Múltiplo.22. Coeficientes Indeterminados o Algebraico.

o Algunos elementos cambian su valencia:

24. REDOX25. Ion Electrón o Semirreacción: En medio ácido y básico.

1. - Balance por Tanteo:

Se emplea para balancear ecuaciones sencillas. Se realiza al "cálculo" tratando de igualar ambos miembros. Para ello utilizaremos el siguiente ejemplo:

Balancear:

N2 + H2 ® NH3

o Identificamos las sustancias que intervienen en la reacción. En este caso el nitrógeno y el hidrógeno para obtener amoniaco.

o Se verifica si la ecuación está balanceada o no. En este caso notamos que ambos miembros no tienen la misma cantidad de átomos, por lo tanto no está balanceada.

o Se balancea la ecuación colocando coeficientes delante de las fórmulas o símbolos que los necesitan. Empezar con los elementos metálicos o por el que se encuentra presente en menos sustancias:

Primero balanceamos el nitrógeno:

N2 + H2 ® 2 NH3

o El hidrógeno y oxígeno quedarán para el final. Seguidamente balanceamos el hidrógeno:

N2 + 3 H2 ® 2 NH3.

o Si un coeficiente no es entero, entonces debe multiplicar todos por el mayor de los denominadores. En este caso no ocurre.

Como es un tanteo, debe recordar que las reglas indicadas, son recomendaciones. Aún así, para cualquier ejercicio, empiece usted, por donde desee pero tomando como parámetro que el número de átomos de este elemento está definido en uno de los miembros.

Balancear:

Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O

o Primero balanceamos el metal aluminio:

2 Al(OH)3 + H2SO4 Al2(SO4)3 + H2O

o Luego seguimos con el azufre:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 ® Al2(SO4)3 + H2O

o Finalmente continuamos con el hidrógeno, el oxígeno resulta balanceado automáticamente:

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 ® Al2(SO4)3 + 6 H2O

EJERCICIOS

Balancear por Tanteo:

1. Fe + HCl ® FeCl3 + H2

2. H2SO4 + Ca3 (PO4 )2 ® CaSO4 + H3PO4

3. CO2 + H2O ® C6H12O6 + O6

4. C3H8 + O2 ® CO2 + H2O

5. CaCO3 ® CaO + CO2

2- Balance por el Mínimo Común Múltiplo:

Veamos el siguiente ejemplo:

Balancear:

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 ® CaSO4 + H3PO4

o Se obtiene el número total de oxidación de los radicales halogénicos:

(SO4)2- = 2 ; (PO4)23- = 6 ; (PO4)3- = 3

o Se escriben los números de oxidación totales de los radicales, debajo de cada compuesto que los contiene:

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 ® CaSO4 + H3PO4

¯ ¯ ¯ ¯

2 6 2 3

o Se halla el MCM de los números que indican los estados de oxidación, en este caso el MCM es 6; luego se divide entre cada uno de ellos:

6/2 = 3 ; 6/6 = 1 ; 6/2 = 3 ; 6/3 = 2

o Estos cocientes son los correspondientes coeficientes de los compuestos de la ecuación, así :

3 H2SO4 + Ca3(PO4 )2 ® 3 CaSO4 + 2 H3PO4

Balancear:

AlCl3 + KOH ® Al(OH)3 + KCl

o Escribimos los números de oxidación de los radicales halogénicos y básicos:

Cl31- = 3 ; (OH)1- ; (OH)3- = 3 ; Cl1- = 1

Entonces: AlCl3 + KOH ® Al(OH)3 + KCl

¯ ¯ ¯ ¯

3 1 3 1

o Como el MCM es 3, dividiendo obtenemos: 1 ; 3 ; 1 ; 3. Luego la ecuación balanceada será:

AlCl3 + 3 KOH ® Al(OH)3 + 3 KCl

EJERCICIOS

Balancear por el Mínimo Común Múltiplo:

1. FeCl3 + K4 [ Fe(CN)6 ] ® Fe4[ Fe(CN)6] 3 + HCl

2. H2SO4 + AlCl3 ® Al2(SO4)3 + HCl

3. CuCl2 + H2S ® CuS + HCl

4. Cu(NO3)2 + H2SO4 ® HNO3 + CuSO4

5. KClO3 ® KCl + O2

3. - Balance por Coeficiente Indeterminados.

Denominado también método algebraico. Se trata de un método verdaderamente algebraico que se utiliza para balancear cualquier ecuación química. Las reglas para su aplicación las veremos con el siguiente ejemplo:

Balancear:

KOH + Cl2 ® ClK + KClO3 + H2O

o Se asignan coeficientes literales a cada uno de los elementos o compuestos presentes, así:

a KOH + b Cl2 ® c ClK + d KClO3 + e H2O

o Se igualan las cantidades de las sustancias reactantes con las sustancias del producto, mediante sus coeficientes, resultando una cantidad de ecuaciones equivalente a la cantidad de variables literales; así:

K ® a = c + d (1)

H ® a = 2e (3)

O ® a = 3d + e (2)

Cl ® 2b = c + d (4)

o Si faltara una ecuación, se da un valor numérico a una sola de las variables; si faltaran dos variables, se asignarían dos valores para dos variables. En este caso, se escoge la ecuación más simple y se le asigna un valor numérico a una incógnita; es aconsejable darle el valor 1, así:

En (3) ® e =1 ; luego a = 2e ® a = 2

Substituyendo valores en (2)

2 = 3d + 1 ® 2 – 1 = 3d ® 1 = 3d ® d = 1/3

Substituyendo valores e (1)

2 = C + 1/3 ® C = 5/3C

Substituyendo valores en (4)

2b = 5/3 +1/3 ® 2b = 6/3 ® b = 2/2 ® b = 1

o Cuando hay valores fraccionarios se prefiere eliminar los denominadores, multiplicando por el denominador apropiado ( en este caso por 3) :

e = 1 * 3 = 3

a = 2 * 3 = 6

d = 1/3 * 3 = 1

c = 5/3 * 3 = 5

b = 1 * 3 = 3

o La ecuación balanceada será :

6 KOH + 3 Cl2 ® 5 ClK + KClO3 + 3 H2O

Balancear:

K2Cr2O7 + HCl ® KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O

o Escribimos los coeficientes incógnita:

a K2Cr2O7 + b HCl ® c KCl + d CrCl3 + e Cl2 + f H2O

o Igualamos las cantidades de las sustancias en ambos miembros:

K ® 2 a = c (1)

Cr ® 2a = d (2)

O ® 7a = f (3)

Cl ® b = c + 3d + 2 e (4)

H® b = 2f (5)

o Reemplazando valores se tiene:

Si a = 1 ® c = 2 (en 1),

d = 2 (en 2) ;

f = 7 ( en 3);

b = 14 ( en 5);

e = 3 ( en 4)

o Escribimos los coeficientes encontrados:

2. K2Cr2O7 + 14 HCl ® 2 KCl + 2 CrCl3 + 3 Cl2 + 7 H2O

EJERCICIOS

Balancear por Coeficientes Indeterminados:

1. H2SO4 + HBr ® SO2 + H2O + Br2

3. - Ca3(PO4)2 + H2SO4 + H2O ® Ca(H2PO4)2 + CaSO4. 2H2O 4. H2 SO4 + NaCl + MnO2 ® H2O + NaHSO4 + MnSO4 + Cl25. HgS + HCl +HNO3 ® H2HgCl4 + NO + S + H2O6. I2 + HNO3 ® HIO3 + NO + S + H2O

4. - Balance REDOX.

Recordemos:

Oxidación: Es un cambio químico, en el cual un átomo o grupo de átomos pierde electrones. En una ecuación química se nota por el aumento algebraico en su estado de oxidación. Ej. :

Al0 ® Al 3+

Reducción: Cambio químico, en el cual un átomo o grupo de átomos gana electrones. En una ecuación química se distingue por la disminución en su estado de oxidación. Ej. :

Fe2+ ® Fe0

* Cada salto equivale a un electrón.

Ej. : Si el Al cambia su estado de oxidación de 0 a 3+, significa que ha perdido tres electrones. En cambio el Fe, que ha variado de 2+ a 0, ha ganado dos electrones.

En una reacción química REDOX, la oxidación y la reducción ocurren simultáneamente. El número de electrones ganado por un átomo o grupo de átomos, es perdido por otro átomo o grupo de átomos. En estas reacciones NO hay producción ni consumo de electrones, sólo hay transferencia.

Los elementos que ceden electrones se oxidan y se llaman reductores.

Los elementos que ganan electrones se reducen y se denominan oxidantes.

El número de oxidación, representa el estado de oxidación de un átomo. Permite determinar la cantidad de electrones ganados o perdidos en un cambio químico por un átomo, una molécula o un ión. Se determina de la siguiente manera:

o Los iones simples como Na+ , Ca2+ , S2-, etc. , tienen un número de oxidación idéntico a su carga ( 1+, 2+, 2-), respectivamente.

o Los átomos o moléculas de los elementos libres Fe, Cu, O, P4, Cl2, etc. , tienen número de oxidación 0 (cero), pues no han perdido ni ganado electrones.

o En diferentes compuestos el H y el O tienen número de oxidación 1+ y 2- respectivamente, excepto en los casos en que el hidrógeno forma parte de los hidruros (NaH, LiH...) y el oxígeno forma peróxidos (H2O2...) en ambos casos exhiben número de oxidación 1-; o cuando reacciona con el fluor.

o El número de oxidación de otros átomos en moléculas o iones complejos, se establece así:

o El número de oxidación de los elementos conocidos como el hidrógeno y oxígeno, se escriben en la parte superior en los lugares respectivos. Se multiplica luego por el número de átomos (2*4, 1*2) y los productos se escriben en la parte inferior. La suma total de los números de oxidación de los iones complejos es igual a la carga del ion. En una molécula neutra la suma total es cero; por lo tanto, el número de oxidación del átomo problema se calcula así:

1+(2) + X + 2-(4) = 0

2 + X + 8- = 0

X = 8 – 2

X = 6

El número encontrado se divide entre el número de átomos problema ( 6/1) y el resultado es el número de oxidación buscado( en este caso del azufre):

Para saber si un átomo gana o pierde electrones de manera directa se puede tomar como referencia los signos (+) ganancia y (-) pérdida de electrones, para luego plantear la siguiente operación:

Entonces:

Ej. :

Pierde seis electrones, entonces hay una oxidación.

Luego:

Estos cálculos que parecen engorrosos y una pérdida de tiempo se pueden realizar mentalmente, facilitando todo el trabajo. Ej. :

Balancear:

Al2 O3 + C + Cl2 ® CO + AlCl3

o Se determinan los números de oxidación para determinar cambios:

Al23+ O32- + C0 + Cl20 ® C2+O2- + Al3+Cl31-

o Se detecta quienes se han oxidado y quienes se han reducido de acuerdo al cambio del número de oxidación:

o Se procede a escribir las ecuaciones iónicas:

o Se multiplica en las ecuaciones el número de electrones por coeficientes adecuados para que el total de electrones perdidos sea igual al número de electrones ganados:

o Se asignan como coeficientes de las sustancias afectadas en la ecuación, los factores que se utilizaron para que el número de electrones sea igual:

Al2 O3 + 3 C + 3 Cl2 ® 3 CO + 2 AlCl3

o Se concluye el balanceo por tanteo. En el ejemplo como la ecuación ya quedó balanceada, no es necesario este proceso.

(Nota: Hay modificaciones según los diversos autores)

Balancear:

CrI3 + Cl2 + NaOH ® Na2CrO4 + Na I O4 + NaCl + H2O

(Podemos obviar varios pasos):

En este caso especial tres átomos cambian su valencia:

Sumamos las ecuaciones (1 ) y (3 ) para hacer una sola ecuación de oxidación:

Igualamos la cantidad de electrones multiplicando por los factores respectivos: (Por 2 la ec. 4 y por 27 la ec. 5)

Se puede establecer una ecuación básica sumando:

2 CrI3 + 27 Cl2 + ¿ NaOH ® Na2CrO4 + 6 Na I O4 + 54NaCl + ¿ H2O

Completando:

2 CrI3 + 27 Cl2 + 64NaOH ® 2Na2CrO4 + 6 Na I O4 + 54NaCl + 32H2O

(Verificar)

El proceso de oxidación-reducción NO ocurre en las ecuaciones de metátesis. Ej:

NaOH + HCl → NaCl + H2O

EJERCICIOS

Balancear por REDOX:

1. Cu + HNO3 ® Cu(NO3)2 + NO + H2O

2. NaClO3 + K2SnO2 ® NaCl + K2SnO3

3. FeS2 + O2 ® Fe2O3 + SO2

4. Zn + NaNO3 + NaOH ® Na2ZnO2 + NH3 + H2O

5. KMnO4 + H2SO4 + H2O2 ® MnSO4 + O2 + K2SO4

5.- Balance por Ión Electrón.

Normas Generales:

En este método, cada proceso se plantea por una reacción parcial o semirreacción formada por las sustancias que se oxidan o se reducen. Cada una de ellas se balancea de dos maneras: Balance de masa (nº de átomos) y balance de carga (nº de electrones) utilizándose para ello, coeficientes. La suma algebraica del número de electrones en las semirreacciones es cero y la suma de las masas equivale ala ecuación total.

Se suman algebraicamente las dos semirreacciones, eliminándose por cancelación, los términos que representan electrones y en algunos casos molécula o iones.

Se introducen los coeficientes en la ecuación balanceada y luego se ajustan por tanteo los coeficientes de las especies que no han variado su estado de oxidación.

Se considera que no se ionizan: Los elementos en estado libre (átomos o moléculas) y los óxidos y sustancias covalentes.

Se presentan dos casos de balanceo por el método del ion electrón: En medio ácido y en medio básico:

0.a. En Medio Ácido:

Se debe tener en cuenta además de las normas generales, las siguientes:

o El balance de masa en las semirreacciones se ejecuta así: Añadiendo, donde hay defecto de oxígeno, el mismo número de moléculas de agua; y, en el otro miembro de la ecuación se colocan iones H+ o protones en un número igual al de átomos de hidrógeno existentes en las moles de agua añadidas.

Cuando el H2O2 actúa como oxidante forma agua:

H2O2 + 2H+ + 2e- ® 2H2O

Cuando el H2O2 actúa como reductor libera oxígeno:

H2O2 + 2(OH)- ® 2H2O + O2 + 2e

Balancear:

Zn + HNO3 ® NO + Zn(NO3)2 + H2O

o Escribimos los números de oxidación, e identificamos los cambios:

o Planteamos las semirreacciones:

Zn0 → Zn2+

(NO3)- → NO0

o Realizamos el balance de masa:

Zn0 → Zn2

(NO3)- + 4H+ ® NO0 + 2H2O

o Ahora balanceamos la carga:

Zn0 → Zn2+ + 2e-

(NO3)- + 4H+ + 3e- ® NO0 + 2H2O

o Igualamos el número de electrones:

 

o Sumamos algebraicamente:

o Introducimos los coeficientes encontrados y ajustamos:

o Balanceamos los elementos que no han variado (en este caso no es necesario):

3 Zn + 8 HNO3 ® 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

(Verificar)

El zinc se ha oxidado y es el reductor.

El ácido nítrico se ha reducido y es el oxidante.

Balancear: MnO2 + HCl ® Cl2 + MnCl2 + H2O

o Escribimos los números de oxidación y elaboramos las semirreacciones:

(Verificar)

El HCl se ha oxidado y es el reductor.

El MnO2 se ha reducido y es el oxidante.

Balancear:

*Notamos que el nitrógeno no está balanceado ni el hidrógeno, debido a ello lo hacemos por tanteo:

2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 ® 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2 H2O

Otra forma de plantear una ecuación es en forma iónica:

(MnO)1- + S2- + H+ → MnO2 + S0 +H2O

EJERCICIOS

Balancear por Ion Electrón : Medio Ácido:

12. KMnO4 + H2S + HCl → MnCl2 + S + KCl + H2O13. Br2 + SO2 + H2O → HBr + H2SO414. HNO3 + H2S → NO + S + H2O15. Ca(ClO)2 + KI + HCl → I + CaCl2 + H2O + KCl16. KCl + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + H2O + Cl2

q.r. Medio Básico:

También se debe tener en cuenta las orientaciones generales, además de las siguientes:

o Para igualar la masa: Donde hay mayor número de oxígeno se añade igual número de agua (moles); en el otro miembro se coloca el doble de la cantidad de iones (OH)1- en relación con el número de moles de agua. Ej. :

Balancear:

Bi2O3 + NaClO + NaOH ® NaBiO3 + NaCl + H2O

o Escribimos sus estados de oxidación e identificamos los cambios sufridos:

o Planteamos las semiecuaciones respectivas y balanceamos tanto la masa como las cargas:

o Igualamos y luego sumamos:

o Introducimos coeficientes:

Bi2O3 + 2NaClO + 2NaOH ® 2NaBiO3 + 2 NaCl + H2O

o En este caso no es necesario complementar con balance por tanteo.

Bi2O3 + 2NaClO + 2NaOH ® 2NaBiO3 + 2 NaCl + H2O

El Bi2O3 se ha oxidado y es el reductor.

El NaClO se ha reducido y es el oxidante.

Balancear:

NH3 + Na2Cr O4 + H2O + NaCl ® NaNO3 + CrCl3 + NaOH

o Escribimos los estados de oxidación e identificamos los cambios:

o Escribimos las semiecuaciones respectivas y balanceamos tanto la masa como las cargas:

N3+H3 + 6(OH) ® (NO3)1- + 3 H2O + 8e- (exceso de H)!

(CrO4)2- + 4H2O + 3e- ® Cr3+ + 8(OH)1-

Si después de haber ajustado el número de oxígenos resulta un exceso de hidrógeno, se aumentará un número equivalente de grupos (OH) al exceso y en el otro miembro se escribirán igual número de moles de agua. Este exceso puede existir en el mismo miembro de los (OH) y se sumará; pero si está presente en el otro miembro se restará. Si existiese un exceso de H y O en el mismo miembro, puede escribir un (OH) en el otro miembro, por cada pareja de H y O en exceso, así:

o Igualamos y luego sumamos:

o Finalmente colocamos los coeficientes respectivos en la ecuación y notamos que el NaCl no tiene coeficiente conocido:

3 NH3 + 8 Na2Cr O4 + 14 H2O + X NaCl ® 3NaNO3 + 8 CrCl3 + 37NaOH

o Balanceamos por tanteo (consideramos el número de Cl = 24):o

3 NH3 + 8 Na2Cr O4 + 14 H2O + 24 NaCl ® 3NaNO3 + 8 CrCl3 + 37NaOH

EJERCICIOS

Balancear por Ion Electrón: Medio Básico:

1. Zn + NaNO3 + NaOH ® Na2(ZnO2) + NH3 + H2O

2. KMnO4 + NH3 ® KNO3 + MnO2 + KOH + H2O

3. Fe(OH)2 + O2 + H2O® Fe(OH)3

4. Ag2SO3 + AgBr + H2O

BIBLIOGRAFÍA

DEAN, J.A

1990

Lange manual de química-McGraw Hill-México.

DIAZ ALFARO, Blanca

1993

Química en educación secundaria. PRONAMEC.MED-Lima.

GOÑI GALARZA, J. Química general. Curso práctico de teoría y problemas. IngenieríaE.I.R.L-Lima.

MASTERTON- SLOWINSKI-STANITSKI

1989

Química general superior. McGraw Hill-México

MASTERTON, William L.

1998

Química General Superior. Impresos Roef. S.A. México

LAFITTE, Marc

1997

Curso de Química Inorgánica

Edit. Alambra Barcelona – España SEVERIANO HERRERA, V. y Otros

1984

Química. Tomo I y II. Edic. Norma S.A. Bogotá.