quimica-unidad 5

424 Colegio Nacional de Matemáticas Unidad 1 Materia Unidad 2 Estructura atómica Unidad 3 Tabla periódica Unidad 4 Enlace químico Unidad 5 Reacciones químicas Objetivo: al término de la unidad, el estudiante conocerá los diferentes tipos de reacciones químicas, su balanceo por tanteo y cómo encontrar el elemento que se oxida y reduce, así como el agente oxidante y reductor. Ecuaciones químicas W Tipos de reacciones Las reacciones químicas son las transformaciones de la materia que producen cambios en una sustancia para obtener otras diferentes. Las reacciones se representan mediante ecuaciones químicas. En una reacción química hay dos términos. Los (el) primeros, a la izquierda de una flecha (la cual indica el sentido de la reacción), son los reactivos, expresados mediante fórmulas químicas y separados por un signo de más. A la derecha, en el segundo término, aparecen los (el) productos, también representados por sus fórmulas químicas co- rrespondientes y con signos de más entre ellos. Reactivo 1 + Reactivo 2 n Productos El número de átomos de cada elemento en los reactivos debe ser igual + + al que existe en los productos (balanceo). CO2 2H2O CH4 O2 Las reacciones químicas también se representan con modelos molecu- lares que muestran las moléculas que intervienen en la reacción. + W Clasificación N2 3H2 2NH3 Pretender hacer una clasificación de las reacciones químicas es algo muy dif ícil debido a su compleji- dad, pero la manera más sencilla para lograrlo es la siguiente:

Guía para el examen global de conocimientos 425 • Reacciones de síntesis o unión: dos o más elementos o compuestos se unen para formar una sustancia. Ejemplo: la combustión del carbón en el aire. C + O2 n CO2 • Reacciones de descomposición o análisis: en las cuales un solo compuesto da lugar a dos o más sustancias diferentes. Ejemplo: la descomposición térmica del óxido de mercurio. 2 HgO }}$ m 2 Hg + O2 • Reacciones de desplazamiento o de sustitución simple: en las cuales un elemento reemplaza a otro en el seno del compuesto. Ejemplo: al reaccionar el sodio en agua para formar el hidróxido de sodio, el sodio reemplaza al hidrógeno del agua. 2 Na + 2 H2O n 2 NaOH + H2 • Reacciones de sustitución doble: se caracterizan por efectuar un intercambio de elementos en los compuestos que reaccionan. Ejemplo: en la reacción del cloruro de sodio y el nitrato de plata, el sodio reemplaza a la plata y ésta en- tra en el lugar del sodio y forma cloruro de plata y nitrato de sodio. NaCl + AgNO3 n AgCl + NaNO3 • Reacciones de neutralización: es la reacción de un ácido y una base para obtener una sal, cuyo pH es neutro, y agua. Ejemplo: al reaccionar el ácido clorhídrico con el hidróxido de sodio, obtenemos el cloruro de sodio y agua. HCl + NaOH n NaCl + H2O W Balanceo por tanteo Para que una reacción esté correctamente balanceada debe tener el mismo número de átomos por ele- mento, tanto en los reactivos como en los productos. Ejemplo: Se colocan coeficientes de tal forma que haya la misma cantidad de átomos en reactivos y productos. H2 + O2 n H2O

426 Colegio Nacional de Matemáticas Se obtiene la cantidad de átomos por elemento, tanto de reactivos como de productos. 2–H–2 2–O–1 El oxígeno no está balanceado, por tanto, se busca un coeficiente que pueda igualar la reacción. H2 + O2 n 2 H2O Se verifica si la reacción está balanceada. 2–H–4 2–O–2 Ahora el hidrógeno es el que necesita igualarse, nuevamente se coloca un coeficiente. 2 H2 + O2 n 2 H2O Se verifica si la reacción está balanceada. 4–H–4 2–O–2 La reacción está balanceada. Reacciones de óxido-reducción La oxidación consiste en un aumento de valencia por pérdida de electrones. La reducción, al contrario, disminuye la valencia por ganancia de electrones. W Números de oxidación El número de oxidación indica la capacidad de combinación de los elementos, es decir, los electrones que se pueden perder, ganar o compartir al formar un compuesto. Para obtener el número de oxidación se aplican las siguientes reglas: • Los elementos de las familias IA, IIA, IIIA, trabajan con +1, +2, +3, respectivamente (Ocampo, 2004). • Recordar que los compuestos deben tener número de oxidación total cero. • El hidrógeno trabaja casi siempre con +1 y el oxígeno con –2. • Si el elemento presenta un subíndice, éste su multiplicará por su número de oxidación. • Algunos radicales de importancia son: Trabajan con –1 Trabajan con –2 Trabajan con –3 (O2) peróxido (CO3) carbonato (PO3) fosfito (OH) hidróxido (CrO4) cromato (PO4) fosfato (SO3) sulfito (ClO) hipoclorito (SO4) sulfato (ClO2) clorito (ClO3) clorato (NO2) nitrito (NO3) nitrato

Guía para el examen global de conocimientos 427 Ejemplos: +1 -2 Por tanto, el S trabaja con +6 H2 S O4 +2 +6 -8 = 0 +1 -2 Por tanto, el P trabaja con +5 H3 P O4 +3 +5 -8 = 0 Reacciones de transferencia de electrones o redox: aquí se lleva a cabo una oxidación y una re- ducción cuando al pasar un elemento de un miembro a otro, cambia su valencia. Agente reductor Concepto Número de Electrones n Oxidación n oxidación −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 Oxida Aumenta Pierde l Reducción l Agente oxidante Agente reductor Reduce Disminuye Gana Agente oxidante Ejemplo: en la síntesis para formar el dióxido de azufre, a partir de azufre y oxígeno, observamos una reacción de óxido-reducción. S0 + O20 n S+4O2-2 Para identificar una reacción de óxido-reducción (redox), es necesario verificar si existe un cambio en los estados de oxidación de las especies involucradas en la reacción. En una reacción redox se deben identificar las especies que intercambian su número de oxidación, es decir, cuál se oxida (agente reductor) o se reduce (agente oxidante). Recordar que en estas reacciones un elemento en su forma natural, sin combinar con otros elementos, es cero. Ejemplo: Cu + HNO3 n Cu (NO3)2 + NO + H2O Obtener el número de oxidación de cada elemento. Cu° + H+1 N+5 O3-2 n Cu+2 (NO3)2-1 + N+2 O-2 + H2+1 O-2 Identificar si alguna especie tiene intercambio de electrones. Cu° n Cu+2 Se oxida Agente reductor = Cu N+5 n N+2 Se reduce Agente oxidante = N

428 Colegio Nacional de Matemáticas Clasificación de compuestos inorgánicos Tipo de compuestos (Zárraga, 2004) Ejemplos M–O Identificación CaO óxido de calcio NM – O CO2 anhídrido carbónico H – NM Óxidos básicos o metálicos HCl ácido clorhídrico H – NM – O Metal + oxígeno n Óxido H2SO4 ácido sulfúrico M–O–H Mg(OH)2 hidróxido de magnesio M – NM Óxidos ácidos o no metálicos (anhídridos) NaCl cloruro de sodio No metal + oxígeno n Óxido no metálico M – NM – O CaCO3 carbonato de calcio Hidrácidos No metal + hidrógeno n Hidrácido Oxiácidos No metal + hidrógeno + oxígeno n Oxiácido Bases o hidróxidos Metal + hidrógeno + oxígeno n Hidróxido Sal (binaria) Metal + No metal n Sal Hidrácido + Base n Sal + agua Oxisal Metal + No metal + oxígeno n Oxisal Oxiácido + Base n Oxisal