reacción química

1 | P a g e

Autor: Alexander Alvarez Holly

Estudiante de la carrera de Ingeniera Qumica en

la Facultad de Qumica , UNAM

Contacto: [email protected]

Documento de apoyo para reaccin qumica

NDICE

1-Reaccin Qumica pg 2

2-Estequiometra pg 3

3-Problemas de estequiometria pg 4

4-Reactivo limitante pg 5

5-Reacciones endotrmicas y

exotrmicas pg 7

6-Reacciones pg 8

7-Referencias pg 10

2 | P a g e

Reaccin Qumica

Definicin: Es la transformacin de una o varias sustancias en otras diferentes. Las

sustancias que se transforman se les conoce como Reactivos y las sustancias formadas

se les conoce como Productos.

Proceso para escribir una ecuacin Qumica:

a).Escribir los reactivos a la izquierda de una flecha, la cual indica el sentido de la

reaccin y del lado derecho los productos.

b).Escribir las formulas qumicas de los reactivos y productos. Hay que recordar que se

coloca un signo (+) despus de cada compuesto el cual significa reacciona con.

c)A+B--->C+D

d). Indicar como subndice el estado de agregacin de cada uno de los compuestos o en

que medio se encuentran

(ac)=medio acuoso

(s)=solido,

(liq)=liquido,

(g)=gas

e)Una flecha hacia arriba junto a alguno de los productos indica desprendimiento de gas,

una flecha hacia abajo indica la formacin de un precipitado solido.

AgNO3 (ac) + NaCl (ac) ---> NaNO3 (ac) + AgCl (s)

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

a)Las reacciones qumicas se pueden clasificar en 4

b) Reaccin de sntesis: Compuestos o elementos sencillos reaccionan entre s para

formar un compuesto ms complejo.

C)A+B--->AB

2Na(s)+Cl2(g) --->2NaCl(s)

d)Reaccin de descomposicin: Un compuesto se fragmenta para dar en compuestos

ms sencillos.

3 | P a g e

d)AB--->A+B

2H2O(l) --->2H2(g)+O2(g)

e)Reaccin de simple sustitucin: Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.

f)A+BC--->AC+B

Fe+CuSO4--->FeSO4+Cu

g)Reaccin de doble sustitucin: Los iones en un compuesto cambian de lugar con los

iones de otro compuesto para formar sustancias diferentes.

h)AB+CD--->AD+BC

NaOH+HCl--->NaCl+H2O

Estequiometria

La estequiometria nos habla de la relacin que existe en las reacciones qumicas de cmo

reaccionan entre si las especies

2A+B--->C

a)La ecuacin anterior nos indica la proporcin en la que reaccionan los reactivos para

producir los productos. En este caso indica que 2 molculas de A reaccionan con una de

B para obtener el producto C.

b)Es como decir que para que una planta pueda crecer 50centimetros, necesita de 2kg de

tierra y un litro de agua. La planta no crecer esa altura a menos que se cumplan con las

cantidades antes mencionadas.

2H2+O2--->2H2O entonces para formar 2 molculas de agua se necesitan 2 molculas de

hidrogeno y una de oxigeno.

Al momento de estudiar las reacciones qumicas, en vez de trabajar con molculas, se

trabaja con cantidad de sustancia. Cuando se utiliza la concentracin, es equivalente a

trabajar con cantidad de sustancia siempre y cuando el volumen no cambie. Se puede

trabajar en masa pero se debe mantener la relacin estequiometria con cantidad de

sustancia.

4 | P a g e

Problema 1

2NaOH + H2SO4--->Na2SO4 + 2H2O

0.05moles

Determinar la cantidad de H2SO4 que se necesita para que la reaccin se lleve a cabo

completamente y calcular los moles formados de Na2SO4.

1-Si sabemos que por cada mol de H2SO4 , reaccionan 2 de NaOH se puede obtener la

siguiente relacin

.

2-Si tenemos 0.05mol de NaOH podemos invertir la relacin anterior y multiplicar por 0.05

de la siguiente manera

de H2SO4 . Entonces

2NaOH + H2SO4 --->Na2SO4 + 2H2O

0.05mol 0.025mol

3-Para obtener lo producido de Na2SO4 , se realiza la misma relacin con alguno de los

reactivos, puede ser

y el clculo es el mismo que en el punto

anterior.

2NaOH + H2SO4 ---> Na2SO4 + 2H2O

0.05mol 0.025mol 0.025mol

4-En concentracin se realiza de la misma manera si el volumen se mantiene constante.

Problema 2

En el caso de nos den masa en vez de mol es necesario que se convierta a mol.

2NaOH + H2SO4 ---> Na2SO4 + H2O

5g

1-Los 5g de NaOH tienen que convertirse a mol con ayuda del peso molecular del NaOH

el cual se calcula de la siguiente manera

NaOH=(1)(peso molecular de Na)+(1)(peso molecular del O)+(1)(peso molecular del H)

NaOH=(1)(22.99g/mol)+(1)(16g/mol)+(1)(1g/mol)=39.99g/mol

Si se tratase del H2SO4 el procedimiento es similar

H2SO4 =(2)(peso molecular del H)+(1)(peso molecular del azufre)+(4)(peso molecular del

oxigeno)

5 | P a g e

En este caso ya no es por (1) ya que existen 2 hidrgenos y 4 oxgenos por cada

molcula de H2SO4 .

2-Convertir 5g de NaOH a moles


0.125mol

3-Calcular cuantos g de H2SO4 se necesitan para que la reaccin se lleve a cabo

completamente.

A partir de los moles de NaOH calculamos los moles de H2SO4 como vimos anteriormente

y obtenemos que se necesitan entonces 0.0625mol de H2SO4


0.125mol 0.0625mol

Posteriormente hacemos el calculo de convertir los moles de H2SO4 a gramos;


5g 6.125g

Reactivo Limitante

El reactivo limitante es cuando la relacin en la cantidad de los reactivos no cumple con la

estequiometria y uno est en exceso.

Para ilustrar mejor este concepto utilizaremos un ejemplo con el que a lo mejor se puedan

relacionar

Supongamos que en un saln hay 40 hombres y 55 mujeres. Ponen msica en el saln y

se forman las parejas de baile, solo que hay un problema. Faltan hombres para que se

puedan formar todas las parejas y que nadie se quede solo. Entonces la cantidad de

hombres limitan la cantidad de parejas de baile que se puedan formar. Entonces se

formarn 40 parejas de baile y 15 mujeres quedarn solas.

En las reacciones qumicas sucede de una manera similar y veremos cmo.

3OH-(ac) + Fe3+

(ac) ---> Fe(OH)3 (s)

6 | P a g e

0.02mol 0.025mol

1-Para identificar quien es reactivo limitante tenemos que hacer el clculo para el OH- de

cuanto Fe3+ se necesita si no hubiera este ultimo haciendo reaccionar todo el OH- y

viceversa.

Las solucin que queda al equilibrio es lo inicial menos lo que reacciono.

3OH-(ac) + Fe3+

(ac) ---> Fe(OH)3 (s)

Inicial 0.02mol 0.025mol

Reacciona 0.02mol 0.0066mol

Equilibrio 0mol 0.0180mol

entonces como al equilibrio todava existe Fe3+ quiere decir que este estaba en exceso y

el OH- es el reactivo limitante.

Haciendo el anlisis a partir de Fe3+

3OH-(ac) + Fe3+

(ac) ---> Fe(OH)3 (s)

inicial 0.02mol 0.025mol

reacciona 0.075mol 0.025mol

equilibrio -0.055mol 0mol

En el equilibrio no se pueden obtener moles negativos, esto indica que necesita ms del

OH- para que todo el Fe3+ reaccionara lo cual indica que el OH- es el reactivo limitante.

Para terminar el clculo y obtener la cantidad de Fe(OH)3 (s) se puede partir de los moles

que reaccionan del OH- o del Fe3+

3OH-(ac) + Fe3+

(ac) ---> Fe(OH)3 (s)

inicial 0.02mol 0.025mol

reacciona 0.02mol 0.0066mol

equilibrio 0mol 0.0180mol 0.0066mol

7 | P a g e

Reacciones endotrmicas y exotrmicas

El estudio de la energa transferida en forma de calor a lo largo de una reaccin qumica

se llama termoqumica.

Es posible medir el calor que una reaccin qumica absorbe o cede al ambiente y

determinar la naturaleza de la reaccin. Si esta se lleva a cabo a volumen constante se

puede conocer el cambio de energa interna y a presin constante el cambio de entalpia.

Estos calores dependen de la temperatura y se reportan a condiciones estndares (1 bar

y 298.15k) y se reportan los de las sustancias puras.

En las reacciones exotrmicas, el calor es liberado y se expresa el valor numrico con

signo positivo (+). Las reacciones endotrmicas absorben el calor y se expresan con signo

negativo(-)

Si la reaccin es exotrmica, los productos tienen menos energa que los reactivos.

Tambin los productos son ms estables y poseen enlaces ms fuertes que los reactivos.

Si la reaccin es endotrmica, los productos son menos estables y poseen enlaces ms

dbiles que los reactivos.

Para el clculo en los problemas se sigue el siguiente algoritmo

aA+bB+cC+..--->dD+eE+

Hr = Hfproductos Hfreactivos

Hr = [d(HfD)+e(HfE)+.]-[a( HfA)+b(HfB)+c(HfC)+]

Donde

Hr = Es la entalpia de reaccin estndar a 5 bar y 298K (hay que recordad que depende

de la temperatura y el valor ser diferente a distintas temperaturas)

a,b,c,d son los coeficientes estequiomtricos del compuesto A,B,C y D respectivamente.

HfD , HfE, . Son las entalpias de formacin de los compuestos. En elementos puros

como el O2, Fe,S etc tienen un valor de 0kJ/mol.

Problema

Determinar si la siguiente reaccin es endotrmica o exotrmica y determinar su valor

numrico

Fe2O3(s)+3H2(g) ---> 2Fe(s)+3H2O(l)

1-Primero tenemos que buscar las entalpias de formacin de cada uno de los compuestos

que se nos presentan

8 | P a g e

Hf(H2O,l)=-285.830 kJ/mol

Hf(Fe2O3,s)=-824.2kJ/mol

Hf(H2,g)=0 kJ/mol

Hf(Fe,s)=0 kJ/mol

Hf(Fe,s)+3(Hf(H2O,l)]-[1(Hf(Fe2O3,s)+3(Hf(H2,g)]

Hr =

El signo negativo nos indica que la reaccin es exotrmica.

Los cambios de entalpia pueden escribirse de distintas transiciones. Puede ser de

combustin, fusin, vaporizacin, sublimacin, etc. Se plantea la ecuacin qumica y se

hace el cambio de entalpia como vimos antes.

Reacciones del oxigeno con metales y no metales

Para poder hablar de las reacciones del oxigeno es necesario hablar de las reacciones de

oxido-reduccin.

Un elemento que al reaccionar pierde electrones, se dice que se oxida. En caso contrario

si gana electrones se reduce.

Cuando un metal se oxida, pierde electrones y forma cationes

Ca(s) + 2H+

(ac) ----> Ca2+

(ac)+ H2(g)

Se emplea el termino de oxidacin porque las primeras reacciones de este tipo que se

estudiaron exhaustivamente fueron reacciones con Oxigeno

2Ca(s)+ O2(g) ----> 2CaO(s) En este caso el Ca tiene una carga de 0 y el O2 tambin,

despus de la reaccin intercambia electrones y el Ca queda con carga 2+ y el O con

carga -2.

-Reaccin de los metales con oxigeno

Los metales del grupo 1A se combinan con el O2 para formar 3 tipos de productos inicos

slidos, llamados xidos, perxidos y su perxidos

4Li(S) + O2(s) ----> 2LiO(S) en este caso se forma oxido de litio

9 | P a g e

2Na(s)+ O2(g) ---->Na2O2(g) aqu se forma perxido de sodio

En los perxidos est presente el ion [O-O]2-, en el cual el numero de oxidacin de cada

oxigeno es de -1. En los xidos normales como el oxido de litio LiO2, est presente el ion

oxido O2-. Los miembros ms pesados de la familia (K,Rb,Cs) reaccionan con exceso de

O2 para formar su perxidos (ion O2-)

El oxigeno forma xidos con combinacin directa con todos los dems elementos, excepto

gases nombre y metales no reactivos (Au,Pd,Pt).

Los xidos son compuestos binarios que poseen oxigeno y aunque generalmente son

reacciones muy exotrmicas, muchas se llevan a cabo con mucha lentitud y se necesita

calor para suministrar la energa necesaria para romper los enlaces de la molcula de O2.

4Cu(s)+O2(g)+Q(calor) ----> 2Cu2O(s) xido de cobre ( I )

2Cu(s)+O2(g)+Q ----> 2CuO(s) xido de cobre ( I I )

En las reacciones anteriores, los metales que poseen estados de oxidacin variables se

presentaran en una mayor proporcin los de un bajo estado de oxidacin en una cantidad

limita de O2 y los estados de oxidacin ms altos con un exceso de O2.

xidos metlicos con agua

Los xidos de los metales son conocidos como xidos bsicos y al mezclarse con el agua

forman bases sin que cambie el estado de oxidacin de los metales.

Ej.

Na2O(S)+H2O(l) ---> 2NaOH(ac) se forma hidrxido de sodio

El carcter acido de los elementos con sus respectivos xidos en la tabla peridica

aumenta de izquierda a derecha en el periodo y carcter bsico aumenta de arriba hacia

abajo por familia.

Los xidos de los metales de la primera familia y los ms pesados de la familia 2 se

disuelven en agua dando disoluciones de bases fuerte y casi todos los dems xidos

metlicos son relativamente insolubles en agua.

Reaccin del O2 con no metales

El oxigeno reacciona con los no metales para formar xidos moleculares.

Ej.

2C(s)+O2(g)----> 2CO(s) C en exceso y O2 limitado

C(s)O2(g)----> CO2(g) C limitado y O2 en exceso

-Reaccin de xidos metlicos con xidos no metlicos

10 | P a g e

La combinacin de xidos metlicos con xidos de no metales forman sales

CaO(s + SO3(l) -----> CaSO4(s) Sulfato de Calcio

Oxido de calcio Trixido de azufre

Con cantidad limitada de oxigeno suelen formarse productos con estado de oxidacin bajo

y con oxigeno en exceso viceversa.

-Reaccin de los xidos de los no metales con el agua

Los xidos de los no metales se les conoce tambin como anhdridos cidos ya que al

disolverse en agua forman cidos. Estos cidos se forman sin que el metal cambie su

estado de oxidacin.

CO2(g) + H2O(l)-----> H2CO3(ac) cido carbnico

-cidos con los metales

Los cidos inorgnicos as como el HCl, H2SO4 entre otros atacan a los metales no nobles

y eliminan las capas de xidos de los metales.

Los cidos mas fuertes disuelven la mayora de los metales no nobles

-Reacciones de combustin

Este tipo de reacciones son de tipo oxidacin-reduccin en el cual el O2 se combina con

rapidez con materiales oxidables en reacciones muy exotrmicas donde normalmente se

puede observar una llama. La combustin de hidrocarburos forma CO2(dixido de

carbono) y agua en forma de vapor como productos principales.

Bibliografa

Fsica y Qumica; Dulce Mara Andrs Cabrerizo, Juan Luis Antn Bozal, Javier Barrio

Prez; Editex; Pg 130

Atkins, Physical Chemistry; Peter Atkins and Julio De Paula; 8th edition; W.H Freeman

and Company; Pg 49-56

Physical Chemistry; Gilber W. Castellan; Pg 130-135

Organic Chemistry; John Mc Murry; 8th edition; Cengage Learning; Pg 202

Fisica y Qumica, 1 Bachillerato; Dulce Mara Andrs Cabrerizo, Juan Luis Anton Bozal;

editorial Editex; Pg 134

11 | P a g e

Quimica;Whitten, Davis, Peck, Stanley;8ava edicin; Cengage learning;Pg 236-244

Tecnologa de los metales; H.Appold, K. Feiler ; A.Reinhard; P.Schmidt; editorial Reverte;

Pg 82-83

reacción química

Documents