Competencia a desarrollar: identificar, clasificar, balancear y obtener los productos de distintas reacciones químicas






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títuloCompetencia a desarrollar: identificar, clasificar, balancear y obtener los productos de distintas reacciones químicas
fecha de publicación25.11.2015
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CELAYA

QUIMICA

CLASIFIACIÓN DE REACCIONES QUÍMICAS

COMPETENCIA A DESARROLLAR: IDENTIFICAR, CLASIFICAR, BALANCEAR Y OBTENER LOS PRODUCTOS DE DISTINTAS REACCIONES QUÍMICAS.




Los cinco tipos sencillos de reacciones químicas

Aunque con los ejemplos anteriores ha adquirido usted alguna práctica en el balance de ecuaciones, falta en ellos un factor importante que está presente en la química de la vida real: los químicos primero deben predecir cómo reaccionarán dos o más sustancias entre sí. Posteriormente, veremos, en este texto (capítulo 16), las reacciones de oxidación-reducción que son más complejas y que requieren métodos de balance especiales. Por ahora, sólo manejaremos cinco tipos sencillos de reacciones:

  1. Reacciones de combinación.

  2. Reacciones de descomposición.

  3. Reacciones de sustitución sencilla.

  4. Reacciones de doble sustitución.

  5. Reacciones de neutralización.

Reacciones de combinación

Una reacción de combinación (también conocida como reacción de síntesis) ocurre cuando dos o más sustancias (elementos o compuestos) reaccionan para producir una sustancia (siempre un compuesto). Esta reacción se muestra con una ecuación general:

A + Z → AZ

En donde: A y Z son elementos o compuestos y AZ es un compuesto.

Entre los diferentes tipos de reacciones de combinación se encuentran los siguientes:

  • Metal + oxígeno → óxido metálico

Ejemplo: 2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)

  • No metal + oxígeno → óxido no metálico

Ejemplo: C(s) + O2(g) → CO2

  • Metal + no metal → sal (MX)

Ejemplo: 2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCI(s)

  • Agua + óxido metálico → base (MOH)

Ejemplo: H2O(l) + MgO(s) → Mg(OH)2(s)

  • Agua + óxido no metálico → oxácido

Ejemplo: H2O(l) + SO3(s) → H2SO4(l) (HX o HXO)

Reacción de combustión

Reacciones de descomposición

En las reacciones de descomposición, una sustancia sufre una reacción para formar dos o más sustancias. La sustancia que se rompe siempre es un compuesto y los productos pueden ser elementos o compuestos. Muchas veces se necesita el calor para realizar este proceso. Con una ecuación general se puede representar esta reacción:

AZ → A + Z

Donde A y Z son elementos o compuestos. No siempre es fácil predecir los productos de una reacción de descomposición, por tanto, en las reacciones de descomposición sólo se le pedirá balancear la ecuación y clasificar el tipo de reacción, no predecir los productos de la reacción. Diversos compuestos se descomponen por calentamiento, y es frecuente que las reacciones sean únicas para este compuesto. A continuación se muestran algunos ejemplos de las dos clases generales de reacciones de descomposición.

  • Carbonatos metálicos y carbonatos ácidos (bicarbonatos) se descomponen para producir dióxido de carbono gaseoso.

Ejemplo: 2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)

  • Algunos compuestos se descomponen para producir oxígeno gaseoso

Ejemplo: 2HgO(s) → 2Hg(l) + O2(g)

Reacciones de sustitución sencilla.

En las reacciones de sustitución sencilla, un elemento reacciona reemplazando a otro en un compuesto. Las reacciones de sustitución sencilla también se llaman reacciones de reemplazo, de sustitución o de desplazamiento.

  • Dos tipos generales de sustitución sencilla:

a) Un metal (A) sustituye a un ion metálico en su sal o ácido. B puede ser un ion metálico o ion hidrógeno.

A + BZ → AZ + B

b) Un no metal (X) sustituye a un ion no metálico en su sal o ácido. B puede ser un ion metálico o un ion hidrógeno.

X + BZ → BX + Z

En el primer caso, la sustitución depende de uno de los dos metales que intervienen en la reacción, A y B. Es posible acomodar los metales en un orden que se llama serie electromotriz o de actividad. Cada elemento de la serie desplazará a cualquier otro, que lo siga, de su sal o ácido. Por ejemplo, el zinc desplazará a los iones de cobre (II) de una sal de cobre (II) como puede ser el sulfato de cobre (II), CuSO4.

Aunque el hidrógeno no es un metal, está incluido en esta serie:

Li, K, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb (H), Cu, Hg, Ag, Au

En términos generales, todos los metales anteriores al hidrógeno desplazarán a los iones hidrógeno que formen parte de un ácido. Los metales más reactivos (Li, K, Ba, Ca y Na) sustituyen a un hidrógeno del agua para formar el hidróxido metálico y gas hidrógeno. Usted deberá ser capaz de completar y balancear las ecuaciones de reacción de sustitución sencilla utilizando esta serie y de clasificar el tipo de reacción.

En el segundo tipo de reacción de sustitución sencilla, cuando un no metal desplaza a otro no metal de su sal o ácido, la reacción depende de los dos metales involucrados, X y Z. Existe una serie semejante a la serie electromotriz o de actividad para los no metales halógenos F2, Cl2, Br2 y l2 .El bromo desplaza a los iones yoduro de una sal yoduro en solución acuosa, el cloro desplazará al ion bromuro o al ion yoduro y el flúor desplazará a cualquiera de los tres iones halógenos. Esta serie sigue la disminución en las propiedades no metálicas en la familia de los halógenos de acuerdo con la tabla periódica.

A continuación veremos algunos ejemplos de reacciones de sustitución sencilla.

  1. Li

  1. F2

K

Cl2

Ba

Br2

Ca

I2

Na




Mg




Al




Zn




Fe




Cd




Ni




Sn




Pb




(H)




Cu




Hg




Ag




Au




Ejemplo: Zn(s) + CuSO4(ac) ZnSO4(ac) + Cu(s)

Ejemplo: Mg(s) + 2HCl MgCl2(ac) + H2(g)

Ejemplo: Cl2(g) + NaBr(ac) NaCl(ac) + Br2(ac)

Reacciones de doble sustitución.

Reglas para la solubilidad de sustancias inorgánicas en agua.

En las reacciones de doble sustitución participan dos compuestos en la reacción, el ion positivo (catión) de un compuesto se intercambia con el ion positivo (catión) del otro compuesto. En otras palabras, los dos iones positivos intercambian iones negativos (aniones) o compañeros. Las reacciones de doble sustitución también se llaman de metátesis (que significa “un cambio en el estado, en la sustancia o en la forma”) o reacción de doble descomposición. Esta reacción se representa con la ecuación general:

AX + BZ → AZ + BX

En las reacciones de doble sustitución hay cuatro partículas separadas A, X, B y Z mientras que en las reacciones de sustitución sencilla sólo hay tres, A, B y Z. En las reacciones de doble sustitución las partículas son iones, mientras que en las de sustitución sencilla A no es un ion, sino un metal o no metal libre. Las reacciones de sustitución sencilla dependen de la serie electromotriz o de actividad, lo que no sucede con las reacciones de doble sustitución.

Las reacciones de doble sustitución por lo general se llevarán a cabo si se cumple una de las tres condiciones siguientes:

  1. Si se forma un producto insoluble o ligeramente soluble (precipitado).

  2. Si se obtienen como productos especies débilmente ionizadas. La especie más común de este tipo es el agua.

  3. Si como producto se forma un gas.

Reacción de doble sustitución.

Tipo de reacción química en la que reaccionan dos compuestos y el catión de uno de ellos intercambia su lugar con el catión del otro compuesto.

Reglas para la solubilidad de las sustancias inorgánicas en agua

  1. Casi todos los nitratos (NO3-) y acetatos (C2H3O2-) son solubles.

  2. Todos los cloruros (CI-) son solubles, excepto el AgCI, el Hg2CI2 y el PbCI2 (El PbCI2 es soluble en agua caliente).

  3. Todos los sulfatos (SO42-) son solubles, excepto el BaSO4, SrSO4 y PbSO4 (El CaSO4 y el Ag2SO4 son ligeramente solubles).

  4. La mayor parte de las sales de metales alcalinos (grupo IA (I), Li, Na, K etc) y las sales de amonio (NH4) son solubles.

  5. Todos los ácidos comunes son solubles.

  6. Todos los óxidos (O2-) e hidróxidos (OH-) son insolubles, excepto los de los metales alcalinos y de ciertos metales alcalinotérreos (grupo IIA (2), Ca, Sr, Ba, Ra) El Ca(OH)2 es moderadamente soluble.

  7. Todos los sulfuros (S2-) son insolubles, excepto los de metales alcalinos, de metales alcalinotérreos y el sulfuro de amonio.

  8. Todos los fosfatos (PO43-) y carbonatos (CO32-) son insolubles, excepto los de los metales alcalinos y las sales de amonio.

Ejemplos:

  1. AgNO3 + HCl HNO3 + AgCl

  2. Ni(NO3)2 + 2NaOH Ni(OH)2 + 2NaNO3

  3. 2NaCl + Pb(NO3)2 PbCl2 + 2NaNO3

Reacciones de neutralización

Una reacción de neutralización es aquella en la cual reacciona un ácido o un óxido ácido con una base o un óxido. En la mayor parte de estas reacciones, uno de los productos es el agua. La formación de agua actúa como la fuerza motriz de la neutralización. En esta formación también se libera calor.

Una ecuación general representa esta reacción:

HX + MOH → MX + HOH

En donde HX es un ácido y MOH es una base.

Como puede observar, las reacciones de neutralización sólo son de un tipo especial de reacción de doble sustitución. Hay cuatro tipos generales de reacciones de neutralización.

  • Ácido + base sal + agua

HCI(ac) + NaOH(ac) → NaCI(ac) + H2O(l)

H2SO4(ac) + Ba(OH)2(ac) → BaSO4(s) + 2H2O(l)

  • Óxido metálico (óxido básico) + ácido sal + agua

ZnO(s) + 2HCI(ac → ZnCI2(ac) + H2O(I)

CaO(s) + 2HNO3(ac) → Ca(NO3)2(ac)+ H2O(I)

  • Óxido no metálico (óxido ácido) + base sal + agua

CO2(g) + 2LiOH3(ac) → Li2CO3(ac) + H2O(I)

SO2(g) + 2NaOH(ac) → Na2SO3(ac) + H2O(I)

Los filtros de la cápsula espacial Apolo, que contienen hidróxido de litio, se utilizaron para absorber el dióxido de carbono en la atmósfera de la cabina de acuerdo con la primera ecuación.

  • Óxido no metálico (óxido ácido) + óxido metálico (óxido básico) sal

BaO(s) + SO3(g) → BaSO4(s)

NaO(s) + CO2(g) → Na2CO3(s)

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