C OLEGIO “REEKIE”
PRIMERODE SECUNDARIA
REACCIONES QUÍMICAS
Balance de ecuaciones
Contenido:
Introducción
Objetivos
Reacción Química
Ecuación Química
Clasificación de las ecuaciones Químicas
Proceso Redox
Concepto de Semirreacción
Métodos de Igualación
Método de simple tanteo
Método del ión – electrón
Introducción. En la naturaleza y en la vida diaria, nos encontramos constantemente con fenómenos físicos y con fenómenos químicos. Pero, qué son cada uno de estos fenómenos:
Fenómeno Físico: Es aquél que tiene lugar sin transformación de materia. Cuando se conserva la sustancia original. Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado y también patear una pelota, romper una hoja de papel. En todos los casos, encontraremos que hasta podría cambiar la forma, como cuando rompemos el papel, pero la sustancia se conserva, seguimos teniendo papel.
Fenómeno Químico: Es aquél que tiene lugar con transformación de materia. Cuando no se conserva la sustancia original. Ejemplos: cuando quemamos un papel, cuando respiramos, y en cualquier reacción química. En todos los casos, encontraremos que las sustancias originales han cambiado, puesto que en estos fenómenos es imposible conservarlas.
2. Objetivos.
El alumno debe ser capaz de explicar el proceso de transformación de una reacción química, desde el punto de vista del tipo de reacciones químicas; y la información que ofrece, incluyendo el significado de varios símbolos utilizados en las ecuaciones.
Aprender a balancear las ecuaciones químicas por los diferentes métodos químicos.
Exlicar la reactividad de las sustancias químicas cuando se combinan, según las energías de enlace químico.
Reacción Química.
La reacción química es un proceso de transformación química que obedece a un desordenamiento molecular de las sustancias denominadas "suantancias reactivas"; para dar lugar al ordenamiento molecular de nuevas sustancias denominadas "suatancias productos"; cuyas propiedades físicas y químicas son diferentes a las reactivas. Es un proceso, porque las sustancias reactivas:
se disocian por disolución o efectos térmicos
rompen sus enlaces de acuerdo a la magnitud de sus energías de enlace (sustancias de gran reactividad química o estables).
adquieren una fuerza química iónica
Las sustancias productos se forman por:
afinidad química entre especies químicas
porque obedecen a las leyes químicas.
Ecuación Química.
Una reacción química como proceso de transformación se representa por una ecuación química, separando sustancias reactivas y productos por un signo igual ( = ) o flecha ( ) que indica el sentido de la reacción empleando símbolos químicos,
Coeficientes para indicar el número de moléculas, subíndices para indicar el número de átomos y estados de agregación molecular para tener una idea de sus reactividad química, esto es:
2 H2O( l )
|
+
|
2 SO2 ( g)
|
|
2 H2S( g )
|
+
|
3 O2 (g)
|
Sustancias reactivas
|
|
Sustancias Productos
|
Las ecuaciones química deben mostrar el mismo número de átomos, según la ley de A. Lavoisier, tanto en reactivos como en productos; a esto se llama ecuación química igualada.. Proceso Redox En los procesos de oxidación - reducción las especies iónicas, átomos o moléculas pierden o ganan electrones, cuando exite combinación entre las sustancias químicas.Por tanto es importante establecer algunas definiciones que se emplean en los procesos de transformación química
Estado de Oxidación, es la que describe los cambios causados por las reacciones de óxido - reducción, es la carga neta del átomo o especie iónica considerada, así por ejemplo: Fe3+, [Al(OH)2]+, Cl-, Co2+, [SO4]2- etc. cuyos estados de oxidación son, 3+, 1+, 1-, 2+ y 2-, respectivamente.
Proceso de Oxidación, es cuando una especie química durante el proceso de transformación pierde electrones, quedando cargado positivamente la especie iónica, según:
Zno Zn2+ + 2 e
Proceso de Reducción, se refiere al número de electrones que pueden ganar las especies químicas durante el proceso de transformación química, esto es:
[HSO4] - + 1 e [SO4]2-
Estos dos procesos se pueden representar en una línea nemotécnica, que muestra el cambio del estado de oxidación que sufren las especies químicas, esto es:
Concepto de Semirreacción.
Una característica muy especial de las reacciones de oxidación - reducción es que pueden tener lugar cuando los reactivos están en compartimientos separados, como las que ocurre en una pila o celda galvánica. El análisis del funcionamiento de una celda indica con bastante claridad que una reacción general de oxidación - reducción se puede separar en dos semirreacciones; esto se refiere, a las reacciones específicas que ocurren en las proximidades del cátodo y del ánodo de una celda, de manera independiente. Así por ejemplo, la siguiente tabla muestra los procesos de las semirreacciones:
Semirreacción
|
Proceso
|
Lugar de la Semirreacc.
|
Zn Zn2+ + 2 e
2 Cl - Cl2 + 2e
2 e + Cu2 + Cu
|
Oxidación
Oxidación
Reducción
|
Anodo
Anodo
Cátodo
|
Toda reacción de oxidación - reducción, producida en cualquier circunstancia se puede dividir conceptualmente en semirreacciones. Las ventajas son:
El concepto de semirreacción puede ayudar mucho a balancear la ecuaciones de oxidación - reducción.
Las semirreacciones son el marco utilizado para comparar la furza de los distintos agentes oxidantes y reductores.
Los métodos químicos de igualación son los que nos interesa en este capítulo.
8. METODOS DE IGUALACIÓN
1. MÉTODO DEL TANTEO O INSPECCIÓN
Este método es utilizado para ecuaciones sencillas y consiste en colocar coeficientes a la izquierda de cada sustancia, hasta tener igual número de átomos tanto en reactantes como en productos.
EJEMPLO:
En esta ecuación hay dos átomos de nitrógeno en los reactantes, por tanto se debe colocar coeficiente 2 al NH3, para que en los productos quede el mismo número de átomos de dicho elemento.
Al colocar este coeficiente tenemos en el producto seis átomos de hidrógeno; para balancearlos hay que colocar un coeficiente 3 al H2 reactante :
La ecuación ha quedado equilibrada. El número de átomos de cada elemento es el mismo en reactivos y productos.
METODO DEL ION ELECTRÓN
Los pasos de este método son los siguientes:
a) Escribir una ecuación esquemática que incluya aquellos reactivos y productos que contengan elementos que sufren una variación en su estado de oxidación.
b) Escribir una ecuación esquemática parcial para el agente oxidante y otra ecuación esquemática parcial para el agente reductor.
c) Igualar cada ecuación parcial en cuánto al número de átomos de cada elemento. En soluciones ácidas o neutras . puede añadirse H2O y H+ para conseguir el balanceo de los átomos de oxígeno e hidrógeno. Por cada átomo de oxígeno en exceso en un miembro de la ecuación, se asegura su igualación agregando un H2O en el miembro. Luego se emplean H+ para igualar los hidrógenos. Si la solución es alcalina, puede utilizarse el OH-. Por cada oxigeno en exceso en un miembro de una ecuación se asegura su igualación añadiendo un H2O en el mismo miembro y 2OH- en el otro miembro .
d) Igualar cada ecuación parcial en cuanto al numero de cargas añadiendo electrones en el primero o segundo miembro de la ecuación.
e) Multiplicar cada ecuación parcial por los mismos coeficientes para igualar la perdida y ganancia de electrones.
f) Sumar las dos ecuaciones parciales que resultan de estas multiplicaciones. en la ecuación resultante, anular todos los términos comunes de ambos miembros. Todos los electrones deben anularse.
g) Simplificar los coeficientes.
EJEMPLO:
Balancear la siguiente ecuación iónica por el método del ion-electron :
Cr2O7-2
|
+
|
Fe+2
|
→
|
Cr+3
|
+
|
Fe+3
|
(1) Las ecuaciones esquemáticas parciales son:
Cr2O7-2
|
→
|
Cr+3
|
( para el agente oxidante)
|
(1a)
|
Fe+2
|
→
|
Fe+3
|
( para el agente reductor)
|
(1b)
|
(2) Se efectúa el balanceo de átomos . La semirreacción (1a) exige 7H2O en la derecha para igualar los átomos de oxígeno; a continuación 14H+ a la izquierda para igualar los H+. La (1b) está balanceada en sus átomos:
Cr2O7-2
|
+
|
14H+
|
→
|
2Cr+3
|
+
|
7H2O
|
(2a)
|
Fe+2
|
→
|
Fe+3
|
|
|
(2b)
|
(3) Se efectúa el balanceo de cargas. En la ecuación (2a) la carga neta en el lado izquierdo es +12 y en el lado derecho es +6; por tanto deben añadirse 6e- en el lado izquierdo. En la ecuación (2b) se suma 1e- en el lado derecho para igualar la carga de +2 en el lado izquierdo:
Cr2O7-2
|
+
|
14H+
|
+
|
6e-
|
→
|
2Cr+3
|
+
|
7H2O
|
(3a)
|
|
|
Fe+2
|
→
|
Fe+3
|
|
e-
|
(3b)
|
(4) Se igualan los electrones ganados y perdidos. Basta con multiplicar la ecuación (3b) por 6:
Cr2O7-2
|
+
|
14H+
|
+
|
6e-
|
→
|
2Cr+3
|
+
|
7H2O
|
(4a)
|
|
|
6Fe+2
|
→
|
6Fe+3
|
|
6e-
|
(4b)
|
(5) Se suman las semireacciones (4a) y (4b) y se realiza la simplificación de los electrones:
Cr2O7-2
|
+
|
14H+
|
+
|
6Fe+2
|
→
|
2Cr+3
|
+
|
7H2O
|
+
|
6Fe+3
| |
