Resumen General semana 7 

Unidad 4 Reacciones químicas

4.1 Combinación

Metal + no metal compuesto binario (óxido, sulfuro o haluro)

Para los metales de los grupos IA, IIA y también para el aluminio, zinc y plata, siempre podemos predecir el producto que han de formar. Para otros metales que tienen estado de oxidación variable, el producto final depende de las condiciones de reacción, pero generalmente se necesita más información para predecir el producto. Considere el siguiente ejemplo:

Esta reacción es muy exotérmica, es decir que libera bastante energía. En el recipiente se ha agregado arena para absorber el calor y, finalmente, unas gotas de agua para acelerar la reacción química.

Otro ejemplo de este tipo de reacción química, es la reacción entre aluminio metálico con bromo líquido para producir cloruro de aluminio sólido según la siguiente ecuación:

No metal + oxígeno óxido de no metal

En general, hay una variedad de productos que pueden formarse en reacciones de este tipo. Por ejemplo cuando el carbono se combina con el oxígeno, si la cantidad de oxígeno presente es limitada, el producto es monóxido de carbono (CO); si hay un exceso de oxígeno, el producto es dióxido de carbono (CO₂), como se puede observar en las siguientes ecuaciones:

Oxido de metal + agua hidróxido de metal     

Por ejemplo, el óxido de calcio (CaO) se combina con el agua para formar hidróxido de calcio de acuerdo a la siguiente ecuación:

La fórmula del hidróxido formado está determinada por el conocimiento del número de oxidación del metal y la carga del ion hidroxilo (OH^-). Si el metal presenta más de un estado de oxidación el estado de oxidación en el hidróxido es siempre igual al que tenía el óxido. Por ejemplo, el óxido de hierro (III) forma el hidróxido de hierro (III). Debido a la formación del hidróxido del metal o base, a partir del óxido de metal en agua, el óxido del metal es algunas veces llamado óxido básico.

Oxido de metal + agua oxácido

Los óxidos de no metales reaccionan con agua para formar oxácidos . Por esta razón son frecuentemente llamados óxidos ácidos. Ejemplo, el dióxido de azufre reacciona con agua para formar ácido sulfuroso según la siguiente ecuación:

El dióxido de azufre, SO₂ puede ser oxidado en el aire para formar SO₃. Cuando éste se combina con el agua, se produce ácido sulfúrico.

Oxido de metal + óxido de no metal sal

Estas reacciones se pueden considerar como reacciones de neutralización. Puesto que el óxido del metal es un anhídrido básico y el óxido de un no metal es un anhídrido ácido, la combinación de éstos para formar la sal es realmente un tipo de reacción ácido-base. Una forma de predecir el producto formado en reacciones de este tipo es considerar cuál base o hidróxido el óxido de metal formaría es estuviera en agua y cuál ácido el óxido del no metal formaría si estuviera en agua. Luego decidiendo cuál sal pueden formar el ácido y la base se determina el producto. Por ejemplo:

4.2 Descomposición

La descomposición química es un proceso que experimentan algunos compuestos químicos en el que, de modo espontáneo o provocado por algún agente externo, a partir de una sustancia compuesta se originan dos o más sustancias de estructura química más simple. Es el proceso opuesto a la síntesis química.

La ecuación química generalizada de una descomposición química es:

AB → A + B , o bien, Reactivo → A + B + ...

Un ejemplo específico es la electrólisis de agua que origina hidrógeno y oxígeno, ambos en estado gaseoso:

2 H₂O _{( l)} → 2 H_{2 (g)} + O_{2 (g)} (es también una reacción del tipo REDOX)

La descomposición química es, con frecuencia, una reacción química no deseada, pues la estabilidad de un compuesto es siempre limitada cuando se le expone a condiciones ambientales extremas como el calor, la electricidad, las radiaciones, la humedad o ciertos compuestos químicos (ácidos, oxidantes, etc). Los casos más frecuentes de descomposición son la descomposición térmica o termólisis y la electrólisis. La descomposición química total de un compuesto origina los elementos que lo constituyen.

4.3 Sustitución

Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.

A + BC → AC + B

Donde A, B y C representan cualquier sustancia química.

Un ejemplo de este tipo de reacción se evidencia cuando el hierro(Fe) desplaza al cobre(Cu) en el sulfato de cobre (CuSO₄):

Ejemplo                       

Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu

Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución

Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.

AB + CD → AD + BC

Donde A, B, C y D representan cualquier sustancia química.

Veamos un ejemplo de este tipo de reacción:

Ejemplo

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

4.4 Neutralización

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene sal neutra y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de aniones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal. Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.

Generalmente la siguiente reacción ocurre:

ácido + base → sal haloidea + agua

Este tipo de reacciones son especialmente útiles como técnicas de análisis cuantitativo. En este caso se puede usar una solución indicadora para conocer el punto en el que se ha alcanzado la neutralización completa. Algunos indicadores son la fenolftaleína (si los elementos a neutralizar son ácido clorhídrico e hidróxido de sodio), azul de safranina, el azul de metileno, etc. Existen también métodos electroquímicos para lograr este propósito como el uso de un pHmetro o la conductimétria.

- Cuando la neutralización se produce entre una base fuerte y un ácido débil. El anillo del ácido sufre una hidrólisis produciéndose iones hidróxido, por lo que el pH es > 7.

- Cuando la neutralización se produce entre una base débil y un ácido débil. El anión del ácido sufre una hidrólisis al igual que el catión de la base, por lo que el pH es < 7 si es más débil la base y es >7 si es más débil el ácido.

4.5 oxido-Reducción

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.¹

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

• El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.
• El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.²

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par redox». Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado

4.6 Aplicaciones

¿Aplicación de la reacción química en la fabricación de medicamentos?

Pero en la fabricación de medicamentos esto es de formas farmacéuticas como pueden ser cápsulas, tabletas, suspensiones, jarabes, etc., se parte ya de principios activos que se compra a casas especializadas y que lo venden a casas fabricantes de medicamentos, en estas últimas en el 99% de casos se involucran más bien operaciones unitarias de naturaleza física, como secado, filtración, compresión ,mezcla , tamización ..etc. y el subsiguiente control de calidad y de procesos, que contempla un sin número de parámetros.

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente

4.7 Cálculos estequiometricos con reacciones químicas

Una reacción química se produce cuando hay una modificación en la identidad química de las sustancias intervinientes; esto significa que no es posible identificar a las mismas sustancias antes y después de producirse la reacción química, los reactivos se consumen para dar lugar a los productos.

A escala microscópica una reacción química se produce por la colisión de las partículas que intervienen ya sean moléculas, átomos o iones, aunque puede producirse también por el choque de algunos átomos o moléculas con otros tipos de partículas, tales como electrones o fotones. Este choque provoca que las uniones que existían previamente entre los átomos se rompan y se facilite que se formen nuevas uniones. Es decir que, a escala atómica, es un reordenamiento de los enlaces entre los átomos que intervienen. Este reordenamiento se produce por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, sin embargo los átomos implicados no desaparecen, ni se crean nuevos átomos. Esto es lo que se conoce como ley de conservación de la masa, e implica los dos principios siguientes:

• El número total de átomos antes y después de la reacción química no cambia.
• El número de átomos de cada tipo es igual antes y después de la reacción.

En el transcurso de las reacciones químicas las partículas subatómicas tampoco desaparecen, el número total de protones, neutrones y electrones permanece constante. Y como los protones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa, la suma total de cargas no se modifica. Esto es especialmente importante tenerlo en cuenta para el caso de los electrones, ya que es posible que durante el transcurso de una reacción química salten de un átomo a otro o de una molécula a otra, pero el número total de electrones permanece constante. Esto que es una consecuencia natural de la ley de conservación de la masa se denomina ley de conservación de la carga e implica que:

• La suma total de cargas antes y después de la reacción química permanece constante.

Las relaciones entre las cantidades de reactivos consumidos y productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación, y por lo tanto pueden ser determinadas por una ecuación (igualdad matemática) que las describa. A esta igualdad se le llama ecuación estequiométrica.